嗅鞘细胞和间质干细胞用于治疗脊髓损伤的研究进展

2017-02-26揭勇符策岗韩庆斌

海南医学 2017年22期

揭勇，符策岗，韩庆斌

(1.三峡大学仁和医院，湖北宜昌 443000；2.三峡大学第一临床医学院宜昌市中心人民医院脊柱外科/脊柱微创中心，脊柱医学与创伤研究所，湖北宜昌 443000)

揭勇1，符策岗2，韩庆斌1

脊髓损伤(SCI)的临床治疗主要以手术结合免疫治疗为主，但是往往不能收到良好的效果。干细胞能发挥神经保护和促进神经再生的特点，因而近年干细胞治疗SCI成为研究的热点之一，并在基础和临床研究中均获取得一定的进展。本文就嗅鞘细胞和间质干细胞用于治疗SCI的研究做一简要综述。

嗅鞘细胞；间质干细胞；脊髓损伤；神经保护；神经再生

脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)对于患者是一种破坏性的损伤，常伴随运动、感觉或自主功能的部分或完全缺失。脊髓局部循环系统损伤、神经联络的中断、局部的炎症反应、氧化应激等继发性损伤也进一步加重损伤的程度。SCI损伤部位的神经细胞会出现坏死和凋亡，物理性的分离和神经脱髓鞘阻断了神经的生理学传导途径，在临床上表现为部分或完全的感觉丧失、运动丧失或大小便失禁等[1]。中枢神经轴突一旦损伤，想通过生理学上的自我修复几乎是不可能的，因此，SCI功能重建一直是一个极具挑战性的临床问题[2]。随着外科手术的不断发展，早期减压和固定能起到保护脊髓并帮助神经再生的效果[3]。神经保护主要体现在防治继发性SCI引起病情的进一步加重，神经再生主要致力于修复破坏了的神经通路，以恢复其丧失或受损的功能[4-5]。前期研究发现，脊髓继发性损伤引发的级联反应是需要一段相对较长的时间，倘若在这段时间内给予恰当的外源性神经保护治疗往往能收到良好的疗效[6-7]。

目前发现，于合适时间内，在SCI损伤部位移植新的神经元或神经胶质细胞，从而取代丢失的细胞以帮助构建和恢复功能连接，或者帮助新的轴突再生被视为一种可行的办法。此外，神经康复性治疗(练习或者理疗)也被证实能从细胞或者分子水平帮助神经功能的恢复[8]。目前，多种类、多来源的干细胞被用于治疗SCI的研究，以筛选最为理想的干细胞。移植嗅鞘细胞(olfactory ensheathing cells，OECs)、施旺细胞、胚胎组织和外周神经都能营造一个良好的微环境以帮助神经再生。此外，神经祖细胞、胚胎干细胞、多能干细胞、间质干细胞(mesenchymal stemcells，MSCs)、成纤维干细胞或者那些能分化为神经系细胞的干细胞，能帮助轴突的再生和神经连接功能的恢复[9]。目前OECs(刺激轴突再生)和MSCs(通过调节免疫系统，减少细胞死亡)用于治疗SCI取得了较大进展，本文就近期的研究做一简要的综述。

1 OECs用于治疗SCI

OECs能表达多种神经营养因子，对于轴突的再生和延长发挥重要的作用。OECs实质上是存在于外周及中枢神经系统的一种普通神经胶质细胞。OECs与其伴随包膜嗅神经成纤维细胞(olfactory nerve fibroblasts，ONFs)包膜，将嗅神经纤维从鼻黏膜一直包裹到嗅球[10-13]，与星状细胞和施旺细胞的性质相似[14]。OECs帮助神经再生主要表现在：它能从周围神经系统迁移到中枢神经系统中，并帮助SCI轴突的再生，以此帮助神经功能的恢复。在胚胎嗅觉系统发育的过程中，OECs细胞膜上的神经细胞粘附分子(neural cell adhesion molecule，NCAM)和L1/神经胶质细胞黏附分子(L1/neuron-glia cell adhesion molecule，L1/Ng-CAM)作为嗅觉轴突生长的营养基质促进其生长，此外，OECs分泌层黏连蛋白和连接蛋白等黏附基质也发挥促进嗅觉轴突的生长的作用[15]。OECs迁移到SCI局部并发挥促进神经轴突再生的功能，这取决于OEC所处的环境。由于OECs不断再生且刺激轴突再生的特性，近年大量的研究不断尝试将OECs注射到SCI局部，以探索其在SCI治疗中的潜力。

近来几年的动物研究表明，将OECs和ONFs移植到SCI局部能促进断裂的轴突再生和神经功能恢复[16-21]。Barbour等[21]在大鼠模型中证实，OECs移植能显著提高神经细胞的存活率。此外，Witheford等[22]在小鼠模型中发现，OECs能分泌黏附分子L1，并刺激轴突的生长。另有研究指出，移植OECs治疗能帮助功能轴突的恢复，OECs治疗组3/9的大鼠能移动大腿，对比之下空白组12/12无任何改善[19]。

相比之下，临床研究并没有如此顺利，但也有小部分研究证实OECs用于SCI临床治疗是安全且有效的。Lima等[23]证实55%的SCI患者在接受OECs治疗后病情得到了改善，11/20有明显好转，其中5例恢复了自主运动，且1例膀胱功能得到恢复。但OECs用于治疗陈旧SCI患者的疗效并不理想，仅1/6的患者有部分神经功能改善[24]。Wu等[25]证实使用胚胎OECs治疗SCI患者是安全的，此实验中的嗅球(用于培养OECs细胞)是取自16周的胎儿，且所有的实验者都没有神经学上的并发症。3/5的颈髓损伤患者观察到损伤平面下的肌力有所提高，而对于陈旧性SCI患者，运动能力并没有得到恢复，但是5/6患者的温度觉和针刺感觉得到改善[25]。

近期，Tabakow等[26]尝试从嗅球和嗅黏膜提取的OECs细胞用于治疗SCI患者，6例SCI患者接受了来自自身的OECs细胞，其中3例患者病情得到显著改善，另有2例患者美国脊髓损伤协会评分(American Spinal Injury Association，ASIA)评分从A提高到了B和C(A：损伤平面下的运动和感觉功能完全丧失；B：平面下部分感觉丧失；C：平面下超过50%的肌肉不能移动抵挡重力作用；D：平面下超过50%的肌肉能移动抵挡重力作用；E：所有的神经功能恢复[7])，均表现为神经功能的改善。接下来一年的随访证实，使用自体OECs并没有不良的感应，是一种安全的治疗方式。此研究还进一步证实，OECs改善神经功能主要表现在白质传入传出束的恢复[26]。也有研究指出，移植自身嗅球细胞到1例38岁SCI患者，通过MRI发现，注射的细胞集中在注射的部位，并帮助修复皮质脊髓束的完整性，帮助肌力的恢复[27]。

2 MSCs用于治疗SCI

MSCs是一种来源于中胚层的干细胞，可以从骨髓、脐带、脂肪和胰腺组织等多种组织中获得[28]。骨髓源性的MSCs(The bone marrow-derived MSCs，BM-MSCs)属于多能体细胞，由于其神经保护和旁分泌的功能而作为新的治疗方式，用于治疗多种疾病[29]。近年的研究也集中于BM-MSCs的神经营养特性，主要表现在BM-MSCs能分泌神经生长因子和神经营养因子3促进轴突的生长[30]。MSCs用于治疗SCI也有其优势：(1)容易获得；(2)可以通过体外培养扩增；(3)不需要特意的免疫抑制帮助防止免疫排斥；(4)恶化的倾向比较低。一项MSCs用于治疗侧索硬化性肌萎缩的研究证实，MSCs能分泌神经营养因子帮助神经修复，但是MSCs首先要分化成为MSCs神经营养(MSC-neurotrophic factors，MSC-NTF)细胞才能分泌神经营养因子，分泌的营养因子包括：胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)、大脑源性NTF(brain-derived NTF，BDNF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)等[31]。

MSCs治疗SCI并帮助运动功能恢复，已经在动物实验中得到了证实。在啮齿类动物模型的研究中发现，MSCs移植需要按照一定的时间关系，SCI发生1周后移植MSCs能取得良好的疗效，但是在SCI发生4个后月再移植MSCs便得不到任何改善，因此最佳的治疗期间是SCI发生后3 d到3周以内[32]。在大鼠模型中证实，MSCs能分泌轴突生长因子，帮助轴突长向合适的方向，此外还能抑制T细胞活性以保护神经元鞘磷脂[33]。MSCs能取代中枢神经细胞的假说还没被完全的证实，但是已经证实MSCs能发挥暂时的替代功能。Hofstetter等[34]证实，SCI发生5周后MSCs能分泌神经标志物，且与幼稚星状细胞紧密关联，但遗憾的是，这些细胞并不具备星状细胞的功能。将MSCs移植到SCI局部时，两周后85%都能分泌神经细胞标志物，但是12周后，仅仅只有10%的MSCs还在分泌神经标志物[35]。

临床报道指出MSCs用于人体治疗SCI是安全且有效的。但是，所涉及的研究都是比较复杂，由于涉及了外科手术，实验结果至今模棱两可。Bhano等[36]研究报道，陈旧的SCI患者行椎板切除术后，植入自体源性MSCs，3例患者得到了一定的受益，其中1位运动功能得到了明显的改善，另2例损伤平面下的针刺感有所恢复。另一个将MSCs用于急性或亚急性SCI患者的研究发现，大约30%的患者至少有一个ASIA神经学评分的恢复[37]。

3 结语

SCI显著影响患者的生活质量，并为患者家庭带来巨大的经济负担。治疗SCI的方式相对有限，但是SCI治疗的报道也在不断更新。就上述OECs和MSCs的特性，证实它们在SCI治疗中的具有一定的潜在价值。前期研究和临床研究均证实了OECs和MSCs在改善脊髓损伤局部环境发挥着积极的作用。然而，报道中并没有明确指出将细胞注射到脊髓损伤部位指导，因此，进一步的研究并建立一个有效的注射系统是非常有必要的。应当建立一个微创注射系统，固定在患者的脊髓上，能电子控制并稳定的将OECs和MSCs注射到损伤的局部。固定穿刺的位置应当选在经皮、椎弓根侧面的部位，此外，系统应当具备一定的活动度，以接受患者一些不经意的活动。固定装置也应当和可调式的微量注射器保持紧密的链接。穿刺系统外部也应当套着钢管已帮助准确的穿刺，内部应当是柔软的套管用于传输细胞。我们相信这样一个装置能减少直接椎管内注射所带来的风险并提高准确度。

目前，虽然OECs和MSCs在治疗SCI方面所发挥的作用仍不能完全的被阐明，但是干细胞治疗SCI有效的报道近年层出不穷，多种细胞因子也为SCI治疗带来了希望[38]。多种治疗策略的联合，神经病学、神经外科、生物工程和干细胞治疗有望为SCI治疗带来新的福音。

[1]Gabison S,Verrier M C,Nadeau S,et al.Trunk strength and function using the multidirectional reach distance in individuals with non-traumatic spinal cord injury[J].J Spinal Cord Med,2014,37(5):537-547.

[2]曹中华,王金光.脊髓损伤治疗进展[J].海南医学,2012,23(6):123-128.

[3]Fehlings MG,Vaccaro A,Wilson JR,et al.Early versus delayed decompression for traumatic cervical spinal cord injury:results of the Surgical Timing in Acute Spinal Cord Injury Study(STASCIS)[J].PLoS One,2012,7(2):e32037.

[4]Kwon BK,Tetzlaff W,Grauer JN,et al.Pathophysiology and pharmacologic treatment of acute spinal cord injury[J].Spine J,2004,4(4):451-464.

[5]Hamid S,Hayek R.Role of electrical stimulation for rehabilitation and regeneration after spinal cord injury:an overview[J].Eur Spine J,2008,17(9):1256-1269.

[6]Hausmann ON.Post-traumatic inflammation following spinal cord injury[J].Spinal Cord,2003,41(7):369-378.

[7]Kirshblum SC,Burns SP,Biering-Sorensen F,et al.International standards for neurological classification of spinal cord injury(revised 2011)[J].J Spinal Cord Med,2011,34(6):535-546

[8]陈星余.针刺疗法治疗脊髓损伤性尿潴留30例临床分析[J].海南医学,2012,23(8):61-62.

[9]Park DY,Mayle RE,Smith RL,et al.Combined transplantation of human neuronal and mesenchymal stem cells following spinal cord injury[J].Global Spine J,2013,3(1):1-6.

[10]Doucette JR.The glial cells in the nerve fiber layer of the rat olfactory bulb[J].Anat Rec,1984,210(2):385-391.

[11]Lindsay SL,Riddell JS,Barnett SC.Olfactory mucosa for transplant-mediated repair:a complex tissue for a complex injury?[J].Glia,2010,58(2):125-134.

[12]Raisman G.Specialized neuroglial arrangement may explain the capacity of vomeronasal axons to reinnervate central neurons[J].Neuroscience,1985,14(1):237-254.

[13]Ramón-Cueto A,Nieto-Sampedro M.Glial cells from adult rat olfactory bulb:immunocytochemical properties of pure cultures of ensheathing cells[J].Neuroscience,1992,47(1):213-220.

[14]Gudiño-Cabrera G,Nieto-Sampedro M.Schwann-like macroglia in adult rat brain[J].Glia,2000,30(1):49-63.

[15]Doucette R.Glial influences on axonal growth in the primary olfactory system[J].Glia,1990,3(6):433-449.

[16]Keyvan-Fouladi N,Raisman G,Li Y.Functional repair of the corticospinal tract by delayed transplantation of olfactory ensheathing cells in adult rats[J].J Neurosci,2003,23(28):9428-9434.

[17]Li Y,Decherchi P,Raisman G.Transplantation of olfactory ensheathing cells into spinal cord lesions restores breathing and climbing.[J].J Neurosci,2003,23(3):727-731.

[18]Li Y,Field PM,Raisman G.Regeneration of adult rat corticospinal axons induced by transplanted olfactory ensheathing cells[J].J Neurosci,1998,18(24):10514-10524.

[19]Ramón-Cueto A,Cordero MI,Santos-Benito FF,et al.Functional recovery of paraplegic rats and motor axon regeneration in their spinal cords by olfactory ensheathing glia[J].Neuron,2000,25(2):425-435.

[20]Ramón-Cueto A,Plant GW,Avila J,et al.Long-distance axonal regeneration in the transected adult rat spinal cord is promoted by olfactory ensheathing glia transplants[J].J Neurosci,1998,18(10):3803-3815.

[21]Barbour HR,Plant CD,HarveyAR,et al.Tissue sparing,behavioral recovery,supraspinal axonal sparing/regeneration following sub-acute glial transplantation in a model of spinal cord contusion[J].BMC Neurosci,2013,14:106.

[22]Witheford M,Westendorf K,Roskams AJ.Olfactory ensheathing cells promote corticospinal axonal outgrowth by a L1 CAM-dependent mechanism[J].Glia,2013,61(11):1873-1889.

[23]Lima C,Escada P,Pratas-Vital J,et al.Olfactory mucosal autografts and rehabilitation for chronic traumatic spinal cord injury[J].Neurorehabil Neural Repair,2010,24(1):10-22.

[24]Mackay-Sim A,Féron F,Cochrane J,et al.Autologous olfactory ensheathing cell transplantation in human paraplegia:a 3-year clinical trial[J].Brain,2008,131(Pt 9):2376-2386.

[25]Wu J,Sun T,Ye C,et al.Clinical observation of fetal olfactory ensheathing glia transplantation(OEGT)in patients with complete chronic spinal cord injury[J].Cell Transplant,2012,21(Suppl 1):S33-37.

[26]Tabakow P,Jarmundowicz W,Czapiga B,et al.Transplantation of autologous olfactory ensheathing cells in complete human spinal cord injury[J].Cell Transplant,2013,22(9):1591-1612.

[27]Tabakow P,Raisman G,Fortuna W,et al.Functional regeneration of supraspinal connections in a patient with transected spinal cord following transplantation of bulbar olfactory ensheathing cells with peripheral nerve bridging[J].Cell Transplant,2014,23(12):1631-1655.

[28]da SML,Chagastelles PC,Nardi NB.Mesenchymal stem cells reside in virtually all post-natal organs and tissues[J].J Cell Sci,2006,119(Pt 11):2204-2213.

[29]Uccelli A,Moretta L,Pistoia V.Mesenchymal stem cells in health and disease[J].Nat Rev Immunol,2008,8(9):726-736.

[30]Lu P,Tuszynski MH.Can bone marrow-derived stem cells differentiate into functional neurons?[J].Exp Neurol,2005,193(2):273-278.

[31]Petrou P,Gothelf Y,Argov Z,et al.Safety and clinical effects of mesenchymal stem cells secreting neurotrophic factor transplantation in patients with amyotrophic lateral sclerosis:results of phase 1/2 and 2a clinical trials[J].JAMANeurol,2016,73(3):337-344.

[32]Syková E,Jendelová P,Urdzíková L,et al.Bone marrow stem cells and polymer hydrogels—two strategies for spinal cord injury repair[J].Cell Mol Neurobiol,2006,26(7-8):1113-1129.

[33]Ankeny DP,McTigue DM,Jakeman LB.Bone marrow transplants provide tissue protection and directional guidance for axons after contusive spinal cord injury in rats[J].Exp Neurol,2004,190(1):17-31.

[34]Hofstetter CP,Schwarz EJ,Hess D,et al.Marrow stromal cells form guiding strands in the injured spinal cord and promote recovery[J].Proc NatlAcad Sci USA,2002,99(4):2199-2204.

[35]Alexanian AR,Fehlings MG,Zhang Z,et al.Transplanted neurally modified bone marrow-derived mesenchymal stem cells promote tissue protection and locomotor recovery in spinal cord injured rats[J].Neurorehabil Neural Repair,2011,25(9):873-880.

[36]Bhanot Y,Rao S,Ghosh D,et al.Autologous mesenchymal stem cells in chronic spinal cord injury[J].Br J Neurosurg,2011,25(4):516-522.

[37]Yoon SH,Shim YS,Park YH,et al.Complete spinal cord injury treatment using autologous bone marrow cell transplantation and bone marrow stimulation with granulocyte macrophage-colony stimulating factor:Phase Ⅰ/Ⅱ clinical trial[J].Stem Cells,2007,25(8):2066-2073.

[38]符策岗,赵红卫,贺露姣,等.半乳糖凝集素1治疗脊髓损伤新进展[J].海南医学,2015(16):2405-2406.

Role of olfactory ensheathing cells and mesenchymal stem cells in treating spinal cord injuries.

JIE Yong1,FU Ce-gang2,HAN Qing-bin1.1.Ren-he Hospital,China Three Gorges University,Yichang 443000,Hubei,CHINA;2.Institute of Spinal Medicine and Trauma,Department of Spinal Surgery Ward/Center for Minimally Invasive Spine Surgery,the First College of Clinical Medical Sciences of China Three Gorges University,Yichang 443000,Hubei,CHINA

The clinical treatment of spinal cord injury(SCI)is mainly based on surgery combined with immunotherapy,but often cannot get desired results.Stem cells can play an important role in neuroprotection and nerve regeneration.Therefore,stem cell therapy for SCI has become one of the focuses in recent years,and has made some progress in basic and clinical research.In this paper,we will make a brief review of the research on the treatment of SCI through olfactory ensheathing cells and mesenchymal stem cells.

Olfactory ensheathing cells;Mesenchymal stem cells;Spinal cord injury;Neuroprotection;Nerve regeneration

R745.4

1003—6350（2017）22—3709—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.22.030

韩庆斌。E-mail：395274474@qq.com

2017-03-28)