恒牙牙髓干细胞在周围神经疾病中的应用研究进展

段德庆，王 鹏，张红艳

(南昌大学第一附属医院烧伤科，南昌 330006)

临床上，周围神经损伤是一类很常见的疾病，可导致神经系统的轴突变性、炎症反应、神经元坏死和细胞结构畸形[1]。周围神经损伤通常于创伤性、遗传性、中毒性、代谢性和免疫性等疾病引起，具有很高的致残性且经济负担重，严重降低患者的生活质量[2]。自体神经移植作为目前的主要治疗手段，存在移植后不完全恢复、供区损伤病变、神经来源困难、生长因子表达不足、二次手术和神经瘤形成等局限[3]。因此，需要寻找新的有效治疗方法。随着干细胞治疗技术的开发，间充质干细胞在周围神经再生研究中表现出了很大的潜力。有研究[4]表明，在人体骨髓、脐带、脂肪、胎盘、牙髓等部位中存在较多的间充质干细胞，具有促进血管修复和神经再生的作用。骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cell，BMSC)作为一种神经再生促进剂而被广泛应用于修复神经缺损部位。但是，在临床应用上BMSC要求患者与捐赠者骨髓配型要吻合，否则治疗后易出现较大的排斥反应[5]，这限制了它的应用。而恒牙牙髓干细胞(DPSC)作为牙髓干细胞的一类，具有来源充足、取材方便、易于保存、无伦理问题等优点[6]，而且高表达神经细胞标志物和神经营养因子，具有较好的神经分化潜能，获得了研究者们的关注。本综述回顾了国内外有关DPSC的研究成果，重点围绕周围神经的再生机制、DPSC的生物学特性及在周围神经疾病治疗中的应用现状与前景等方面进行综述，旨在为DPSC的临床应用研究提供参考。

1 周围神经的再生机制

在神经再生过程中，轴突的再生生长是关键。在轴突再生方面，施万细胞(SC)起着关键作用，它存在于周围神经系统，使其比中枢神经系统具有更强的修复再生能力[7]。SC是一种特殊的胶质细胞，在周围神经系统中形成髓鞘并保护轴突，它的发育可分为3个阶段：首先形成SC前体细胞；其次是未成熟SC的形成；最后未成熟的SC成为有髓鞘或无髓鞘的SC[8]。需要不同的细胞因子来调节其发育过程，这也是研究神经再生的一个新方向。有研究[9-10]表明，周围神经损伤后，完全成熟的干细胞会向不成熟干细胞阶段的细胞表型进行去分化，其中SC参与轴突和髓鞘碎片的吞噬，并激活修复信号，提供一定的支持环境促进轴突再生；另一方面，SC可形成细胞管道，轴突会沿着管道再生并表达神经生长因子(nerve growth factor，NGF)和黏附分子。另有研究[7]表明，间充质干细胞在一定条件下能够分化为一种与SC功能类似的细胞，进而发挥促神经再生功能，这为如何更加有效地促进神经再生提供了一种新的思路。

2 DPSC的生物学特性

牙髓干细胞最早发现于第三磨牙牙髓，随后在幼儿脱落的乳牙，人类恒牙以及多生牙中分离发现[11]。因为牙髓中含有丰富的血管、神经等组织，所以与其它来源的干细胞相比具有较好的分化潜能。据报道[12]称，牙髓由神经嵴来源的间充质干细胞发育而来，因此从中分离出来的牙髓干细胞拥有很强的神经分化潜能。另有文献[13]表明，牙髓干细胞根据来源可分为恒牙牙髓干细胞和脱落乳牙牙髓干细胞，分别从成人恒牙牙髓和幼儿脱落乳牙牙髓中分离出来。虽然脱落乳牙牙髓干细胞有更强的增殖能力，间充质干细胞表面标志物CD73、CD90高表达，也可表达神经细胞、胶质细胞表面标志物，如胶质细胞原纤维酸性蛋白、巢蛋白、神经元特异性烯醇化酶[14]，但要应用到神经再生的临床治疗上，还需要做更多的临床试验。

近年来有较多研究报道DPSC的特性[15-23]。有研究[15]表明，DPSC高表达CD29、CD90和CD49，但缺乏CD34和CD45的表达；DPSC也可表达神经细胞标志物，如巢蛋白、βⅢ-微管蛋白、谷氨酸脱羧酶、胶质纤维酸性蛋白等，具有神经分化潜能；DPSC还表达神经营养因子(neurotrophic factors,NTF)，如NGF，可以促进干细胞归巢，利于神经再生[16]。其中，碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)作为NTF的一种，与牙源性、神经源性分化、肿瘤生长和血管生成等多种生物学过程有关，bFGF还可以促进神经元和星形胶质细胞的增殖，在体内能够刺激SC增殖，从而促进轴突的伸展再生[17]。另有报道[18]称，胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)信号通路是丝裂原激活蛋白激酶中的经典通路，参与细胞生长、分化和肿瘤进展等多种生物学过程的调控，具有重要的生理学意义，其中ERK是bFGF的下游分子，bFGF可将ERK磷酸化，进而激活ERK信号通路，促进DPSC的神经源性分化。

此外，相比于其它来源的干细胞，DPSC可以分泌血小板衍生生长因子和其它生长因子；在酶联免疫吸附试验中，DPSC的NGF、脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)和血管内皮生长因子效价高于人骨髓间充质干细胞和脂肪来源的间充质干细胞[19]，其中NGF、BDNF可以加快神经元的分化和突触的形成。另有研究[20]表明，IL-17对神经分化和神经干细胞的增殖产生抑制作用，而DPSC分泌组中的IL-17表达水平低于BMSC的分泌组，相同情况下对神经再生的抑制作用更小。还有研究[21]表明，在Th1、Th2和Th17型细胞因子阵列中显示，DPSC分泌高表达促进神经分化的细胞因子，如粒细胞集落刺激因子、β干扰素、α-天冬氨酸氨基转移酶等，它们通过平行或交互的方式表达，在神经元分化、突触形成和其认知功能的调节中发挥重要作用。此外，βⅢ-微管蛋白是神经分化过程中的神经标志物，可以在神经嵴细胞中表达，并参与轴突生长[22]。而且βⅢ-微管蛋白在神经细胞的维持、存活和分化中起着重要作用。有报道[23]称，在DPSC神经分化后，βⅢ-微管蛋白的蛋白水平显著增加。因此，DPSC成为了周围神经系统疾病治疗中的一个新的切入点。

3 DPSC在周围神经相关疾病中的应用

3.1 糖尿病周围神经病变

糖尿病周围神经病变(diabetic peripheral neuropathy，DPN)是1型和2型糖尿病最常见和早期发展的并发症，超过一半的长期糖尿病患者最终会发展成神经病变，严重可导致糖尿病足溃疡，致残性很高[24]。在致病机制上，一方面高血糖导致氧化应激、活性氧生成和糖基化终末产物产生，从而损害周围神经中的神经元、SC和血管内皮细胞[25]；另一方面，糖尿病通过限制轴突的顺行和逆行运输，减少周围神经中的BDNF、NGF和神经营养素，从而影响神经元的修复再生[26]。近年来，DPSC在DPN的应用得到了众多研究者的关注。有研究[27]表明，DPSC移植可明显改善糖尿病大鼠移植侧受损神经血流量、神经传导速度、毛细血管密度和表皮内神经纤维密度，增加了血管生成因子和神经营养因子基因的表达，抑制神经的炎症反应。另有研究者[28]证明，通过移植DPSC可以显著减少糖尿病周围神经中巨噬细胞的数量；同时降低M1巨噬细胞的基因表达，增加M2巨噬细胞的基因表达，调节M1/M2巨噬细胞数量比例；DPSC也可以产生丰富的免疫调节细胞因子，改善DPN。还有文献[24]表明，DPSC可以降低肿瘤坏死因子α和IL-6的表达，上调转化生长因子-β的表达，对DPN存在的炎症状态有保护作用。这些发现为DPSC用于DPN的临床治疗提供了一定的参考依据。

3.2 神经脱髓鞘性病变

有文献[29]表明，在神经脱髓鞘动物模型中，可表达stro-1、c-Kit基因和CD34的DPSC能够在体外分化为SC样细胞，并在体内促进轴突再生。将DPSC移植到坐骨神经缺损处，抗人核染色阳性，显示典型的SC生物标志物的表达，还可以检测到大量的有髓轴突，移植1个月后DPSC可促进近端到远端的轴突再生。在另一项研究[13]也观察到，DPSC移植后的免疫调节作用以及分泌的细胞外基质分子如BDNF，在刺激神经轴突生长中起着重要的作用。因此与神经嵴分化相关的DPSC可能是治疗脱髓鞘疾病的一种很有前途的干细胞来源，可促进周围神经病变后的功能恢复。

3.3 脊神经损伤

脊神经损伤通常由创伤引起，致运动或感觉功能障碍，残留肢体瘫痪等后遗症。有研究[30]表明，M1巨噬细胞和M2巨噬细胞参与脊神经损伤部位的炎症扩散，M1巨噬细胞通过吞噬碎片和释放炎症细胞因子来诱导炎症，M2巨噬细胞则是减轻炎症和分泌抗炎细胞因子促进组织修复。在DPSC移植后，发现M2巨噬细胞比例明显增加，从而促进模型小鼠脊髓损伤后神经的轴突生长[28]，也可释放多种NTF，如BDNF和胶质细胞源性神经营养因子，从而使运动功能明显改善[31]。还可以通过试验来优化DPSC分泌NTF的功能，例如实验者通过改变细胞培养条件来启动预分化细胞。在脊髓损伤的体外背根神经节损伤模型[29]中，研究发现相比于未分化的细胞，移植预分化为SC样胶质细胞的DPSC后，NTF的分泌水平显著上升，并能够更有效地刺激轴突生长。

3.4 其他疾病

有研究[32]表明，电烧伤会对神经组织造成极大的损伤，如皮肤烧伤瘢痕形成的迟发性压迫性神经病、周围神经损伤和电生理改变。据报道[33]，DPSC对于烧伤导致的周围神经损伤有很好的促进再生作用，DPSC在神经分化上具有一个很好的潜力，也可以释放NTF促使轴突和神经的修复再生。提示应深入研究DPSC在电烧伤中的治疗应用。肌萎缩侧索硬化症(amyotropyic lateral sclerosis，ALS)主要是周围神经损伤导致的一种进行性神经退行性疾病，通常开始于肢体运动功能的减弱和肌肉震颤，随后发展为发声、进食和饮水困难，患者最后常因呼吸肌无力导致窒息死亡[30]。目前DPSC在治疗ALS上受到高度关注，但尚未开发出有效可行的治疗方法。有研究[34]表明，DPSC可以抑制ALS小鼠模型中的神经-肌肉接头损伤和运动神经元丢失。

4 小结和展望

目前，干细胞移植是再生医学中应用最广泛的细胞治疗方法。周围神经受损引起神经细胞的轴突变性、炎症反应及坏死，传统治疗极难修复。DPSC相比于其它间充质干细胞，具有强大的神经再生潜能、促进干细胞归巢、促进轴突生长、储供丰富等特性。因此DPSC在周围神经系统中应用前景十分广泛，如修复糖尿病周围神经病变、脱髓鞘性病变、脊神经损伤、电烧伤及肌萎缩侧索硬化症等疾病引起的神经损伤。在今后的研究，通过进一步诱导DPSC分泌NTF的能力、加强SC增殖潜能、增强神经细胞标志物的表达能力以及深低温保存并长期储存DPSC等措施，可以极大地增强DPSC在周围神经系统疾病的实用性。另有研究[35]发现，使用不同类型的生长因子、生物材料和活性分子诱导分化DPSC，可影响分化结果，因此如何选择生长因子、生物材料和活性分子的最佳类型值得深入研究。此外，DPSC在应用于临床前，如何选择合适的给药途径和监测疗效的参数以及考虑肿瘤形成的风险等问题都有待解决，因此需要学者们通过更多的有效临床前和临床研究去探讨DPSC的特性及其治疗机制。