减少脊髓损伤后胶质瘢痕形成方法的研究进展

韦入菲 曾高峰

广西医科大学公共卫生学院（南宁530021）

脊髓损（spinal cord injury，SCI）伤是一种致残性疾病，SCI 患者存活率低且无法完全治愈。在美国，每年SCI发病率约为54/1 000 000，SCI患者就业率低、生活花费高，造成了巨大的经济损失［1-2］。SCI后星形胶质细胞（astrocytes，AS）迅速活化，使损伤区域无法继续扩散，后形成胶质瘢痕，胶质瘢痕可以分泌一种抑制神经元生长和可塑性的分子——硫酸软骨素蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycans，CSPGs）。胶质瘢痕一方面可以限制病灶的扩大，保护损伤周边组织免受伤害［3］；另一方面限制了神经元的再生和损伤的修复［4-5］。无论如何，了解减少SCI 后胶质瘢痕形成的方法可为SCI 的治疗提供一种选择。可控地减少胶质瘢痕的形成对SCI 的治疗意义重大。近几十年来，SCI的治疗取得了巨大的进步，但仍无法治愈，这一事实给未来的研究提出了巨大的挑战。本文对近三年减少SCI 后胶质瘢痕形成的方法的文献进行综述，为研究者提供参考。

1 单一的方法

1.1 引入神经导管引入预血运神经导管可减少AS 数量和AS 胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）的形成，进而抑制胶质瘢痕的形成，避免了静脉注射间充质干细胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）的缺陷，提示预血运神经导管可能是一种潜在的SCI 修复的生物材料，为扩大预血运细胞片在SCI 修复中的应用奠定了基础［6］。用梯状多孔通道壁和纳米纤维通道壁制作的两种PLLA 多通道管道植入大鼠脊髓全横断损伤模型后，巨噬细胞/小胶质细胞浸润、AS 和胶原瘢痕堆积明显减轻［7］。多通道神经导管在脊髓损伤治疗中具有明显优势，这种仿生支架为再生医学应用人工移植物提供了另一种选择。

1.2 软骨肽酶ABC 分解瘢痕软骨肽酶ABC（Chondroitinase ABC ，ChABC）可通过降低活化的AS 产生CSPGs 的能力来分解胶质瘢痕，可为后续移植物更好地发挥作用奠定基础，但使用ChABC分解瘢痕可能会导致炎症的扩散［8］。另一研究表明，脊髓内注射2.5 mol/L 蔗糖稳定的ChABC 通过降解CSPG 的糖胺聚糖侧链可减少慢性SCI 胶质增生并局部改变胶质瘢痕细胞外基质，为神经再生创造有利条件，该方法可有效减少注射ChABC降解速度快的问题，使ChABC 在脊髓内更持久地发挥作用［9］。为解决局部注射ChABC 导致组织损伤、免疫原性和感染的风险，通过磁分离将转基因ChABC 导入施万细胞，使其稳定表达ChABC，从而降低活化AS 产生CSPGs 的能力［10］。以上方法均为今后的临床应用提供了更多的选择，但仍需进一步的优化和探索。

1.3 细胞移植MSCs 移植可通过MMP2/STAT3途径减少炎症反应，调节AS 增生，增加急性AS 病来减轻瘢痕的形成。但MSCs 移植的质量控制和发生白血病等安全性问题亟待解决［11］。通过抑制胶质细胞的增生，人羊膜MSCs 移植可减少胶质瘢痕的形成，且可静脉移植获得与原位移植相似的效果，为今后的应用提供了新的途径，扩大了潜在的应用范围［12］。胶质细胞源性神经营养因子高表达的人神经干/祖细胞移植可保护部分受损的皮质脊髓纤维，促进迂回回路的形成，显著减少胶质瘢痕的形成和病变体积，且具有植入性强、存活时间长、分布广泛、促进病灶及邻近区域的神经元和少突胶质细胞分化等优点［13］。另一研究［14］表明鼻咽癌细胞移植可通过改变微环境来减轻炎症，使反应性AS 增生显著减少，但其长期安全性尚未得到验证。表达寡核苷酸的人骨髓间充质干细胞（human mesenchymal stem cells，hMSCs）移植也减少了SCI 中胶质瘢痕的形成，寡核苷酸的表达增强了hMSCs 的治疗效果，且使用基因修饰的hMSCs 来表达寡核苷酸被认为是治疗SCI 的一种安全方法［15］。Wharton 凝胶来源的间充质基质细胞（Wharton′s jelly derived mesenchymal stromal cells，WJ-MSCs）移植具有治疗SCI 的潜力，应用WJMSCs 衍生条件培养液是一种公认的使移植细胞有限存活的方法，其减少了反应性AS 的数量，但WJ-MSCs 可引发全身免疫学反应，需进行进一步的改进［16］。综上所述，细胞移植在SCI 后为减少AS 的活化与增生和促进损伤的修复与神经元的再生作出了巨大的贡献，但其移植效率、成功率仍无法满足临床的需求。

1.4 蛋白的作用组蛋白H1 可通过上调AS 编码蛋白的mRNA 的表达，调节胶质形成、迁移、凋亡和细胞增殖来减少AS 的胶质生成及活化来影响损伤的成人脊髓瘢痕的形成，是一种具有治疗SCI潜力的分子［17］。有研究［18］发现丙酮酸乙酯可在体内外水平上通过抑制高迁移率族蛋白B1 表达来减轻体外氧糖剥夺/复氧所致的AS 活化和水通道蛋白4 表达，但其长期效果和具体机制有待研究，而另一研究［19］却发现抑制高迁移率族蛋白B1/核转录因子κB 通路可减少AS 的凋亡，增强AS 的活性，两者研究结果不同。有体内研究［20］表明，SCI 后，TGN-020 可下调水通道蛋白4 的表达，进而减轻继发性水肿和抑制AS 的增生，这为SCI 的治疗提供了一个新的方向，但长期效果未知。

1.5 将AS 转化成神经细胞内源性AS 原位重编程生成诱导神经干细胞或神经元可能是SCI 修复的潜在策略。在SCI 后Zfp521 可将成年大鼠损伤的脊髓中驻留的AS 重新编程为神经元，大鼠脊髓AS 可通过一个单转录因子Zfp521 的前体细胞阶段在体内间接地重新编程为功能神经元，这可能是SCI 修复的一种潜在策略［21-22］。单独的Brn2 亦可将AS 转化为神经祖细胞和神经元，且这种转化与细胞微环境有关，其转换效率受AS 的增殖能力或细胞衰老、培养条件和AS 来源的影响［23］。单一转录因子SOX10 可在体内将AS 重编程为少突胶质细胞样细胞，但SOX10 的功能高度依赖于其表达水平，且转化的细胞具有不稳定性［24］。另外成熟的AS 可以被单一的转录因子Oct4 直接转化为iNSCs，并且iNSCs 表现出典型的神经球形态、真实的NSC 基因表达、自我更新能力和多能性，且持续的声波刺激可增强转化效率［25］。以上的方法均可减少AS 的数量，甚至可产生神经祖细胞或神经元，是具有潜力的SCI 修复方法，同时因为不需要植入外源性细胞，该方法在临床上的障碍较少，但转录因子的重编程效率较低。因此，在重编程过程中应充分考虑各个因素，以提高转化效率。

1.6 光生物调节作用光生物调节作用可通过抑制震中旁区GFAP 的表达和CSPGs 的分泌来降低AS 的活化，并通过调节M1 巨噬细胞来下调CSPGs的表达，进而减少胶质瘢痕的形成，是一种比较安全的方法，有望实现其更广泛的临床应用，但对AS 最有效的光参数和光生物调剂的作用对SCI 治疗的长期效果有待探索［26］。

1.7 巨噬细胞的作用IL-4-M2 巨噬细胞可诱导反应性AS 极化，通过减少IL-4-M2 巨噬细胞的产生或抑制其活性，进而抑制β1-整合素和Wnt/βcatenin 途径而抑制AS 的极化，从而减少瘢痕的形成。这个发现为控制AS 极化提供了分子靶点，有利于在不同的时期选择性地控制AS 的极化和瘢痕的形成［27］。SCI 后弱激光治疗可通过下调M1 巨噬细胞极化来减轻炎症，进而减少AS 活化、CSPG表达和胶质瘢痕形成，是安全性较高的方法，但相关机制尚未十分明确［28］。

1.8 基因调控沉默miR-106-3p 后M1 型细胞表达下调，M2 型细胞表达上调，促炎因子水平明显降低，沉默miR-106-3p 可通过灭活炎性小胶质细胞来减少SCI 后瘢痕形成，促进运动功能恢复，保护神经化环境［29］。成年小鼠AS中可诱导的MAP3K13基因缺失，通过下调AS 增生激活因子pSTAT3 和SOX9 的表达减少AS 的增生和胶质瘢痕的形成。MAP3K13 是AS 反应性的关键细胞内在调节因子，为治疗SCI 的又一潜在靶点［30］。基因调控可实现更精准的SCI 治疗，但存在费用高和长期效果不明等问题。

1.9 大肿瘤抑制因子激酶1 过表达大肿瘤抑制因子激酶1 过表达可通过调节细胞周期进程抑制AS 增殖，同时可能通过调节cyclinD1、p27kip1 和p-YAP 的表达在抑制AS 增生中发挥重要作用，但其调控SCI 的确切机制有待进一步研究［31］。

1.10 基于聚唾液酸的米诺环素纳米给药系统基于聚唾液酸的米诺环素纳米给药系统在体内外均具有明显的抗炎和神经保护作用，能显著保护SCI大鼠的神经元和髓鞘免受损伤，减少胶质瘢痕的形成，其研究结果可能为SCI 的联合治疗和聚唾液酸在其他中枢神经系统疾病中的应用提供新的策略，但其明确作用机制有待进一步研究［32］。

2 联合的方法

2.1 四面体骨架核酸和神经干细胞的协同治疗四面体骨架核酸可以被带入NSCs 并促进原代NSC的增殖，在体内四面体骨架核酸可以增加移植神经干细胞的存活率，促进其向神经元和少突胶质细胞的分化，抑制其向AS 分化，进而减少胶质瘢痕的形成，且其联合治疗效果优于单独NSCs 移植效果，在SCI的神经再生治疗中展现出巨大的潜力，为今后SCI的协同治疗策略提供了新的证据［33］。

2.2 聚吡咯/聚乳酸与骨髓间充质干细胞共移植聚吡咯/聚乳酸支架通过恢复SCI 的导电性改变微环境来减少神经细胞的凋亡和自噬，显著减轻了继发性组织损伤，显著减少AS 的活化［34］，且聚吡咯/聚乳酸与MSCs 共移植可促进脊髓功能恢复，MSCs 移植提高了聚吡咯/聚乳酸的疗效和存活率，并分化为神经细胞和神经胶质细胞，减少胶质瘢痕的形成，具有恢复电导和促进功能恢复的巨大潜力［35］。因此，利用导电支架修复SCI 可作为一种新的修复方法。

2.3 聚乳酸-羟基乙酸纳米粒的联合应用通过将软骨肽酶ABC 包埋在聚乳酸-羟基乙酸（poly lacticco-glycolic acid ，PLGA）纳米颗粒中，对SCI 中胶质瘢痕CSPGs 进行更好的消化，负载的微粒可能成为脊髓修复、功能恢复和轴突再生合适的选择［36］。由神经保护药物盐酸米诺环素和神经再生药物紫杉醇组成的双传递系统，紫杉醇包裹的PLGA 微球与盐酸米诺环素一起引入到海藻酸钠水凝胶中，双给药后28 d 大鼠瘢痕组织减少，神经元再生增加，其效果较其他实验组快速且持续［37］。FGF2/PLGA 支架可显著降低SCI 中GFAP 的表达，可以预防挫伤后脊髓实质AS 增生，为进一步开发功能化FGF-2/PLGA 支架奠定了基础［38］。将丙戊酸钠（valproic acid，VPA）包裹在PLGA 超细纤维中制作成VPA/PLGA 支架，其在损伤部位不会引起炎症反应，且损伤部位的胶质瘢痕减少，可与其他治疗方法相结合，获得更优的治疗效果［39］。另外，在体外PLGA/GO/BDNF 纳米纤维能最大限度地抑制NSCs 向AS 分化，然而在体内PLGA/GO 纳米纤维局部释放IGF-1 和/或BDNF 与PLGA/GO 组相比，在减少胶质瘢痕大小方面没有显著差异，且在体内会产生毒性反应，今后需系统地评价和改善其生物相容性［40］。虽然PLGA 的联合应用对胶质瘢痕的影响不太一致，除PLGA/GO/BDNF 纳米纤维外，以上材料均具有良好的体内生物相容性、可降解性，是进行SCI 治疗的较好的选择，不过由于研究时间的限制，很多材料的长期作用效果和不良反应未知，尚需进一步的研究。

2.4 含胶原结合结构域的肝细胞生长因子与肝细胞生长因子相比，含胶原结合结构域的肝细胞生长因子能显著促进轴突生长，同时通过减少GFAP 阳性面积来限制瘢痕形成，而明胶FA 可能为含胶原结合结构域的肝细胞生长因子的神经再生和协同作用提供一个最佳环境。因此，含胶原结合结构域的肝细胞生长因子联合水凝胶支架有望成为治疗严重SCI 的有效方法，但其治疗横断性损伤的效果不如其他类型损伤理想［41］。

3 总结与展望

脊髓损伤尚无法根治，其给患者和社会带来了巨大的负担，也给相关的医务工作者带来了巨大的挑战。随着越来越多的治疗方法被发现，从单一到联合的治疗方法，由体外实验到动物实验再到临床试验，这一切都证明了SCI 的治疗在发展和进步，新的可能被发掘，基因治疗、联合治疗和新材料协助治疗是SCI 治疗的新趋势，更精准、有效和安全的方法是目前努力的方向。尽管现有的研究中也存在着许多待改善的问题，如技术难度高、效率低、可控性低和危险性高［42-43］等，且大部分新的方法尚未应用于临床，其在人体和临床上的应用效果不详。但联合治疗有望解决这些问题，新材料的开发和材料的新应用也为此做出了巨大贡献。在今后的研究中研究者们可在现有研究的基础上努力实现更精准有效、可及性更高和更安全的应用，且可进行联合治疗以更好地减少刺激性和危险性，研发更安全、更具生物亲和力和可靶向治疗的新材料，努力推进更多安全有效的方法进入临床，除SCI 患者之病痛。