脊髓损伤再生修复及临床转化研究

赵继宗

“脊髓损伤再生修复机理及临床转化研究”重大项目，是国家自然科学基金重大项目面向科学前沿和国家经济、社会、科技发展及国家安全的重大需求中的重大科学问题，超前部署，开展多学科交叉研究和综合性研究，充分发挥支撑与引领作用，提升我国基础研究创新能力。脊髓损伤再生修复作为《国家自然科学基金“十三五”发展规划》制定的“十三五”第三批36 个重大项目指南之一，其目的在于面向脊髓损伤后神经再生与功能恢复的重大需求，开展再生修复机理和临床转化研究，阐释脊髓损伤后微环境变化规律，发现损伤微环境中与脊髓组织再生相关的新因子；重构脊髓损伤后的再生微环境，实现神经干细胞向功能神经元的定向分化；促进脊髓损伤后神经功能恢复，阐明脊髓损伤后干细胞激活、迁移、神经元定向分化、与宿主神经元形成连接以及轴突髓鞘化的机制；建立规范的脊髓损伤临床研究路径，推进脊髓损伤再生修复研究成果的临床转化，探索脊髓损伤再生修复治疗新策略。本文就脊髓损伤的修复与再生机制的研究背景和下一步研究计划予以阐述，以期推动脊髓损伤再生修复基础研究成果的临床转化。

一、研究背景

脊髓损伤是指由于各种不同伤病因素引起的脊髓结构、功能的损害，在受损脊髓的相应节段出现各种运动、感觉和括约肌功能障碍，肌张力异常及病理反射等的相应改变[1]。脊髓损伤多发生于青年男性，其中80%的患者年龄低于40 岁。脊髓损伤常见的病因包括创伤（交通事故、运动伤、枪击伤、射线等）、炎症（病毒、细菌感染）、肿瘤、血管畸形、先天畸形等。根据病因的不同，脊髓损伤可分为创伤性脊髓损伤和非创伤性脊髓损伤。创伤性脊髓损伤包括颈脊髓损伤、胸腰脊髓损伤、过伸损伤、开放性损伤、挥鞭样损伤等，非创伤性脊髓损伤包括血管性、感染性、退行性、肿瘤及其他。而创伤性脊髓损伤是最为常见的脊髓损伤类型[2]。

根据北京近年创伤性脊髓损伤流行病学研究报告显示：创伤性脊髓损伤的发生率约为（12.1～61.6）/1 000 000，并且呈现逐年增高的趋势。脊髓损伤不仅会导致患者出现严重的身体和心理伤害，还会造成整个社会巨大的经济负担。虽然近年来研究人员在脊髓损伤动物实验中已取得了许多进展，但对于脊髓损伤的临床应用和促进神经功能恢复的治疗方法依然进展甚微。

再生医学于20 世纪80 年代后期逐步兴起并发展起来，作为一个前沿交叉领域，再生医学应用生命科学、材料科学、临床医学、计算机科学和工程学等学科的原理和方法，研究和开发用于替代、修复、重建或再生人体各种组织器官的理论和技术的新型学科和前沿交叉领域。从再生医学角度看，脊髓损伤后脊髓神经组织坏死、液化及瘢痕或空洞的形成是阻碍自身神经再生修复的主要障碍。

二、科学价值

“脊髓损伤再生修复机理及临床转化研究”重大项目的科学价值在于：为急性与陈旧性脊髓损伤患者的临床救治及分级评判标准提供客观证据；明确神经再生胶原支架搭载外源细胞对脊髓损伤的最佳治疗时机、规范支架植入术式、较少操作的继发性损伤；明确神经外科显微镜下支架植入术后联合系统康复训练对急性、陈旧性脊髓损伤患者神经功能恢复效果。基础研究无论做再多的工作都距临床“最后1 公里”，如何把基础研究的成果应用到临床从而为患者解决痛苦是研究的关键，也就是把“最后1 公里”应用到临床。

三、研究内容

脊髓损伤的评定主要包括以下几个方面：（1）脊髓损伤的评价时间：一般认为能够预示预后的检查时间是损伤后72 h 到1 周。太早会受到其他损伤、患者的觉醒水平、受伤前所服用的药物或酒精的影响。（2）脊髓损伤的预后：一般在2 年内恢复，前3 个月以感觉恢复明显，前6 个月以运动恢复明显，1 年以后恢复明显减慢。对预后影响的决定因素包括年龄、完全或不完全损伤、损伤的水平、开始的肌力、影像学检查（出血、挫伤、水肿或正常）。（3）脊髓损伤评定的内容包括：神经损伤水平（最尾端有完整的运动和感觉的水平，需要确定运动和感觉的平面）；完全和不完全损伤：有无骶部残存[痛觉、触觉、肛门指诊时的肛门感觉（深感觉）和主动外括约肌收缩]；脊髓损伤程度；部分保留区：神经损伤水平以下（完全损伤）有感觉或运动的发现。

然而上述脊髓损伤的评定标准尚存在一些不足，需要更加完善和科学性的新标准出现。为此，我们在新课题中制定脊髓损伤评价指标验证：（1）制定脊髓损伤程度术前诊断指标，明确完全性脊髓损伤评估标准；（2）对入组患者进行术前影像检查，评估脊髓损伤程度与功能量表契合度，以及术后功能恢复效果相关性研究；（3）建立包括功能评价，神经电生理监测、影像学评价及分子检测的无创性综合评估体系，为临床应用提供方便可靠的证据。

“脊髓损伤再生修复机理及临床转化研究”重大项目指南指出：通过生物支架材料、种子细胞及再生因子的有机结合与动态协作，重塑脊髓损伤后再生微环境，对生物支架材料的制备流程、种子细胞的种类及数量、再生因子的选择及配比等进行研究，形成标准化的功能性支架材料，用于脊髓损伤的干预性研究。为此，我们需要对神经支架植入的规范化进行验证，即通过疗效评估，判定支架及干细胞植入时机和适应范围，以及建立脊髓损伤支架植入手术操作规范。

脊髓损伤后，受损脊髓局部组织发生缺血、缺氧、水肿及干细胞激活等反应，进而出现神经轴突脱髓鞘、胶质细胞增生、神经元坏死等病理改变，最终造成损伤部位空洞或瘢痕的形成。与此同时，移植到损伤部位的神经干细胞主要分化为星形胶质细胞，并参与瘢痕的形成，而非分化为有功能的神经纤维。因此，在行神经支架植入术时需要对坏死瘢痕组织进行精确切除验证，通过术中电生理监测脊髓传导哑区，神经导航显微外科技术精确切除瘢痕组织，术后病理验证。

电刺激联合康复训练效果验证，目前对与脊髓损伤的康复治疗没有特别有效的治疗办法，新兴出现的硬脊膜外电刺激是否有效通过这项研究得到客观的判断，心理和营养的干预也是脊髓损伤被忽视的领域，也希望在这项研究里得到证实[3]。

四、预期目标

为了能够更快地推动脊髓损伤的研究，要把慢性医源性脊髓损伤纳入进来，即纳入神经外科手术（如髓内肿瘤、海绵罩血管畸形切除）造成的脊髓损伤，这样可凸显神经外科在脊髓脊柱损伤修复、治疗及研究上的优势。预期目标：（1）完成检查及手术的总例数不小于60 例，队列研究评估神经再生胶原支架治疗脊髓损伤的疗效；（2）建立脊髓损伤术前诊断、术中移植和术后康复、评估的临床诊治及康复路径；（3）培养博士、硕士研究生5～7 名，通过几年的学习工作在神经脊髓损伤领域贡献出一份神经外科的力量。对于前期的基础研究，遗传所的教授研究神经再生胶原支架十几年，在动物实验上有很好的效果，项目组制备获得胶原支架材料具有良好的生物相容性，低免疫原性，适宜降解性等；产品根据脊髓特点设计形成有序胶原纤维结构，在体内外均可引导神经纤维有序延伸。已建立了产品标准，完成注册检测；已完成陈旧脊髓损伤患者一年观察，未出现明显不良反应，证实支架材料安全。关于脊髓弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）在脊髓肿瘤的应用，近几年，全国多家单位对于DTI 传导束影像学的研究也有一些进展，DTI 显示髓内肿瘤破坏神经传导束，手术入路设计可避开神经传导束，为减少手术继发损伤提供帮助[4]。

急性脊髓损伤恢复案例：（1）男，28 岁，因跌到事故胸11 水平以下感觉和动作完全丧失，无自主肛门收缩和肛区感觉，脊髓损伤程度分级为A 级，MRI显示脊髓胸11 段失去连续性，术中发现脊髓损伤部位已出现液化坏死，脊髓损伤后24 h 行胶原支架搭载间充质干细胞移植，患者术后6 个月下肢肌力恢复到3 级，开始在支具支撑下行走。术后2 年恢复情况：感觉平面扩展，胸11-L2，出现较准确小便和大便感觉，感觉诱发电位和运动诱发电位跨越损伤平面传导；运动功能改善，下肢肌肉肌力接近3 级，恢复大脑支配下的下肢自主运动。（2）男，43 岁，颈6/7损伤，受伤2 年，陈旧性完全性脊髓损伤恢复，颈段损伤患者手指运动灵活度增加[5]。

五、创新点

我们课题组首次将无脊柱动力学改变的良性脊髓肿瘤术后致残疾患者纳入研究，可以把髓内肿瘤和髓外肿瘤造成患者神经功能障碍纳入这个领域中，为神经外科在脊髓脊柱领域里开拓新的方向。采用神经导航和显微手术操作，神经影像和电生理直观准确界定、清除陈旧性瘢痕。起初，一些专家对清除瘢痕组织后植入干细胞或神经支架的陈旧性脊髓损伤组织是否恢复生理和传导功能这一观点存在质疑，通过电生理和术后的病理证实切除的是否有神经功能。当前尽管有专业的康复医院，但是对脊髓损伤的康复仍是一个进展非常缓慢的领域，通过手术后个体化制定康复计划的研究，包括硬脊膜外电刺激、心理、肢体、膀胱功能综合治疗，能够为患者提供更好的康复环境。

综上所述，作为“十三五”第3 批36 个重大项目指南之一，脊髓损伤再生修复的基础研究之路任重而道远，而相关基础研究成果的临床转化尚需时日，这就要求广大神经外科科研人员和医务工作者日臻至善，至诚至精，共同携手为脊髓损伤患者的治疗和康复而努力。