髓内注射干细胞治疗脊髓损伤的临床研究现状

王型金，戎 鑫，黄康康，洪 瑛，刘 浩*

1.四川大学华西医院骨科，成都 610041

2.四川大学华西医院麻醉手术中心，成都 610041

3.四川大学华西护理学院，成都 610041

脊髓损伤（SCI）是一类多种原因造成脊髓完整性和连续性破坏，进而导致受伤平面以下运动能力受损、感觉功能及自主神经功能障碍的疾病［1-3］。其发生的主要原因为各类创伤因素，如交通事故、高处坠落及重物砸伤等［4］。在脊髓受到暴力作用后，受伤部位出现组织变形和撕裂，大量出血以及细胞死亡，紧接着发生缺血、水肿，造成脊髓上下行神经纤维（运动和感觉神经通路）脱髓鞘、断裂，甚至脊髓神经元的死亡［5-6］。SCI 的发生率逐年增加，由于其具有很强的致残性和危险性，给患者及家庭带来沉重的负担［1，7-9］。目前，SCI 的治疗方式主要有手术、药物、高压氧、物理康复等。由于SCI 病理生理过程的复杂性，以及神经细胞几乎很难自我修复，其治疗效果及预后仍不尽人意［10-13］。

干细胞在一定条件下具有增殖和自我更新能力，能进一步分化为多种功能细胞。近年来，髓内注射干细胞治疗SCI 逐渐成为研究热点［13-16］。髓内注射可将干细胞直接注入损伤的脊髓处，相较其他给药途径，细胞存活时间较长，理论上可促进脊髓组织的长期修复［17］。本文就治疗SCI 所用干细胞类型、髓内注射操作及临床应用作如下综述。

1 干细胞类型

目前，髓内注射干细胞治疗SCI 主要采用自体骨髓间充质干细胞和神经干细胞，2 种干细胞用于不同类型的SCI 均安全可行［14］。自体骨髓间充质干细胞具有低免疫原性，在SCI 的修复过程中，可迁移至受伤的脊髓，随后发生表型变化，表现出一种神经细胞表型，允许表达促进修复的因子，但并非替换受损及坏死的细胞［18］；神经干细胞具有多能性，可以分化为不同的细胞类型，具有促进组织再生及在损伤脊髓中形成新回路的潜能［19］。在SCI 的修复中，神经干细胞可以通过分化为少突胶质细胞促进轴突的髓鞘再生，达到修复受损脊髓的目的，理论上对脊髓神经修复效果更好［14］。而在使用神经干细胞进行治疗的临床研究中均使用了免疫抑制剂［20-23］，这与部分患者在术后出现发热、头痛等不良事件有关［14］，同时也会影响干细胞移植的疗效［20］。

2 髓内注射操作方式

髓内注射的操作方式包括台式固定注射和手持注射［22］。台式固定注射稳定性较好，但对患者的创伤较大；手持注射较为方便，但存在精确度较差的问题。

台式固定注射借助锚定装置可精准定向在一个或多个位点进行操作。Curtis 等［23］在进行移植操作时，首先取出患者手术部位的内固定装置，再将一个由4 根不锈钢柱和螺钉组成的支撑平台放置于患者椎板切除水平的上、下椎体上。在该支撑平台的辅助下，将连接有注射泵的注射针头插入脊髓组织进行干细胞注射。细胞注射速率为5 μL/min，持续2 min，注射完成后停留1 min 观察有无细胞悬液漏出，再缓慢拔出注射器，防止细胞沿针道回流，接着行下一部位注射。该研究中，注射针头可在注射时随患者呼吸运动以及脊髓搏动时进行漂浮，进而保持注射的准确性与稳定性。因此，整个过程中患者无须暂停自主呼吸。但因需要固定注射装置，术中切口与肌肉剥离范围较大，有加重患者术后椎旁肌肉萎缩及脊柱不稳定的风险［22］。

手持注射医师可通过训练在注射过程中保持稳定，并能主动调整注射器以适应患者潜在的呼吸运动。Saini等［24］采用注射器在损伤部位周围6个注射点进行注射，注射速率为300 μL/min，细胞总剂量为2×108个，注射完成后在原位停留5 min，以防止细胞渗漏。Yoon 等［25］采用了同样的方式进行干细胞注射。Curt 等［20］和Levi 等［21-22］根据术前MRI和术中超声观察患者SCI部位的髓内改变，以确定干细胞注射部位，细胞注射速率为20 μL/min，颈段SCI患者使用的细胞数量为15×106～ 40×106个，胸段SCI患者使用的细胞数量为20×106个。在Curt 等［20］和Levi 等［21-22］的研究中，所有患者都曾在受伤后接受椎板减压切除术治疗，移植过程均在不移动原有内置物的情况下进行。主刀医师使用手持注射器将针头缓慢插入脊髓，进针深度根据术前MRI 确定，注射完成后停留1 min，避免细胞沿针道流出。部分患者须在SCI 水平上下进行多次注射，相邻注射部位须沿脊髓长轴间隔5 ～ 7 mm。Oh 等［26］在切除椎板并切开硬膜后，采用注射器在正常脊髓区域与损伤脊髓区域共5 个点进行注射，注射细胞总量为1.6×107个，硬膜下腔注射的细胞总量为3.2×107个，每个部位的注射均在10 s内完成，然后停留1 min再取出针头，取针后在注射部位涂上纤维蛋白胶防止细胞渗漏。

髓内注射干细胞是一种有应用前景的SCI 治疗方法，但手术操作需要考虑SCI 部位形态的自然演变过程。SCI 患者在受伤后早期，损伤部位可能会出现水肿，这是由局部细胞损伤导致的炎性反应和细胞渗漏引起的，这种水肿状态通常会在几周内逐渐减轻，但在这一过程中，细胞注射量应有所限制，以避免增加压力，损伤周围正常神经组织。在SCI后期，伤口周围可能会形成囊肿，这是由细胞坏死和神经轴突断裂导致的神经胶质细胞增生和胶质纤维化；囊肿可以产生额外的压力并损伤周围组织，这种情况下注射干细胞可以帮助改善组织修复，但应根据囊肿大小和位置及患者具体情况来调整细胞注射量和次数，以确保安全性和耐受性［14，21-22］。手持注射相较于台式固定注射更加简便，无须移除内固定，避免了额外剥离椎旁肌肉，主刀医师的可控性更高，同时对患者的创伤更小，适用于不同类型的SCI 患者。在术中超声的辅助下，可准确定位损伤部位，并能对整个注射过程进行监测，防止操作过程中注射至其他部位［14，27］。

3 临床应用

3.1 安全性

采用干细胞治疗SCI，具有形成髓鞘、促进和引导轴突生长和连接损伤部位的潜能［28-29］，同时也有导致异常增殖的风险［30-31］。因此，干细胞治疗SCI 的安全性常被作为试验的主要结局指标或共同主要结局指标。目前，髓内注射干细胞治疗SCI 的临床研究中，尚未发生因干细胞制剂导致的严重不良事件［20，22-23，25-27，32］。

Curtis等［23］的研究中，受试者在完成干细胞移植后进行了为期18 ～ 27个月的随访，期间未发生脊髓水肿、肿胀、积液或感染等不良事件，也未出现脑脊液漏或切口感染等操作相关并发症。但在Curt等［20］和Levi等［21-22］的研究中，干细胞移植后存在脑脊液漏、假性硬膜膨出及伤口感染等问题。其中，胸段SCI的患者在完成髓内注射后，1例于术后11 d发生脑脊液漏，1例于术后13 d发生假性硬膜膨出，1例在移植后49周发生便秘和尿路感染，上述患者均进行了延长住院时间治疗或再入院治疗；在后期6年的随访过程中，共出现包括膀胱功能障碍、异位骨化、脱肛、精神失常及骨折在内的6 例严重不良事件，但未发生与干细胞制剂或移植操作相关的并发症。在颈段SCI 的患者中，在1 ～ 12 个月的随访中共有9 例出现了包括伤口感染、便秘、自主反射障碍、术后败血症、癫痫、伤口血肿、失语、后路可逆性脑病综合征、尿路感染在内的严重不良事件，但没有一例被认为与手术操作、干细胞注射操作或干细胞制剂有关［21-22］。Yoon 等［25］的研究中，平均10.4 个月的随访过程中没有再次手术的不良事件，但有1 例在干细胞移植术后出现了短暂的神经功能恶化，包括上肢握力的减退。除此之外，有7例发生神经性疼痛，3 例发生颈后部肌肉张力增高。

综上所述，目前采用髓内注射干细胞的方式治疗SCI 总体安全，未发生因干细胞注射导致的严重不良事件，但由于髓内注射需要打开硬膜进入脊髓，对无菌和手术操作技巧要求较高，否则有伤口感染的风险，不利于患者的护理；同时，对硬膜进行穿刺有术后脑脊液漏和假性硬膜膨出的风险。因此，髓内注射干细胞需要注意对脊髓的保护，并严格遵守无菌操作，以避免操作相关的并发症发生。

3.2 有效性

采用干细胞治疗SCI 的临床研究中，有许多指标可用于评估患者治疗后功能改善的情况［14］，包括SCI 国际标准化神经学分类（ISNCSCI）评分、美国脊髓损伤协会（ASIA）分级、神经功能稳定性、神经电生理监测、自主神经功能评定、查体情况等［20，22，27，33-34］。采用不同的评估方式可提高干细胞治疗SCI 有效性检测的敏感度，并最大限度地提高研究结果的临床适用性［14］。

目前各临床研究中，对髓内注射干细胞治疗SCI 的治疗效果进行了初步探索。Curtis 等［23］使用人脊髓源性神经干细胞对4 例慢性胸段SCI 患者进行了治疗，在18 ～ 27 个月的随访中发现，2 例的ISNCSCI 评分有不同程度提升，但所有患者的生活质量评分并没有显著变化。Curt 等［20］对12 例ASIA分级为A 或B 级的亚急性或慢性胸段SCI 患者进行了6年的随访发现，5 例患者在轻触觉、针刺觉或直肠深压觉等感觉功能方面有细微改善，并伴有运动诱发电位和感觉诱发电位的改善。Levi 等［22］对29例亚急性或慢性颈段或胸段SCI 患者进行髓内注射神经干细胞制剂治疗，随访1年后发现，患者上肢运动、力量、敏感度和握力等均有所改善。Oh 等［26］使用患者自体骨髓间充质干细胞对16 例慢性颈部SCI 患者进行了注射治疗，随访12 个月发现，2 例上肢运动功能改善，4 例感觉诱发电位改善，6 例运动诱发电位改善，仅有1 例运动评级提升。Saini等［24］与Yoon 等［25］均使用患者自体骨髓间充质干细胞在SCI 部位周围进行多次注射。Saini 等［24］的研究显示，术后随访时MRI 提示13 例损伤部位的囊腔均缩小。Yoon等［25］的研究显示，急性期接受治疗的患者中，29.5%的神经功能ASIA 分级从A 级改善至B 或C 级；亚急性期接受治疗的患者中，33.3%的神经功能从A 级改善至B 或C 级；慢性期接受治疗的患者神经功能没有变化。

综上，髓内注射干细胞可部分提高患者感觉及运动功能评分，初步证明了其有效性，但还有较多问题亟待进一步研究。首先，不同研究中患者从受伤到接受干细胞治疗的时间窗不同。虽然慢性期患者在进行干细胞治疗后病情有所改善［21，23，26］，但Yoon等［25］的研究发现，在伤后急性期（＜ 2周）或亚急性期（2 ～ 8周）进行干细胞治疗的患者中，有30.4%患者的神经功能有所改善，而在慢性期（＞ 8周）进行干细胞治疗的患者中则未观察到明显的变化。因此，尽早进行干细胞治疗似乎具有更好的疗效［35］。除此之外，各研究中使用的干细胞剂量也不相同，疗效差异可能与干细胞类型［23，25］、注射次数［23-24，26］及试验设计本身有关，但各研究结果均提示干细胞治疗后患者的神经功能有所改善。因此，未来还需要SCI 患者类型、损伤节段及干细胞类型与剂量一致的临床研究来进一步证实髓内注射干细胞治疗SCI 的有效性。

4 结语与展望

综上所述，髓内注射干细胞治疗SCI 的安全性与有效性已得到初步证实，在干细胞制剂注射后的随访过程中，未发生与干细胞制剂相关的严重并发症，进一步证实了干细胞治疗SCI 的安全性。治疗后，患者的感觉和运动功能部分得到了改善，且MRI 表明脊髓内部囊腔体积缩小，神经电生理监测结果提示运动诱发电位和感觉诱发电位改善，表明髓内注射干细胞治疗SCI 有效。但关于干细胞治疗SCI 对患者运动功能、二便功能和生活质量的改善情况，还需要更多的研究来进行评估。此外，各临床研究中使用的干细胞量有一定差异，在3 项使用自体骨髓间充质干细胞的临床研究中，干细胞使用量为2×108个和1.6×107个，干细胞注射总体积为1.8 mL和1.0 mL［24-26］；在4项使用神经干细胞的临床研究中，干细胞使用量为12×105～ 4×107个［20-23］，干细胞注射总体积为60 μL ～ 1 mL。对于髓内注射操作使用的干细胞量尚无统一结论，且细胞量越高也并未带来更明显的功能改善。干细胞治疗SCI 的注射量和治疗次数因患者个体差异而异，需要根据患者具体情况而定。

髓内注射干细胞的方法主要为手持注射与台式固定注射。手持注射方式操作简便、患者创伤较小，在临床研究中使用较多；台式固定注射更加稳定，但对患者创伤较大，未来是否能够结合脊柱内窥镜技术，通过内窥镜通道进行髓内注射，还须进一步研究。目前使用的干细胞种类主要为自体骨髓间充质干细胞和神经干细胞，自体骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能和免疫调节作用，可促进神经组织再生和修复；神经干细胞具有神经元特异性，可分化为神经元和胶质细胞，可更好地促进神经组织再生。虽然这两种干细胞都被证明在治疗SCI 中具有潜在的疗效，但哪一种干细胞更有效，目前还没有一致的结论。因此，干细胞注射治疗SCI 的髓内注射方式、干细胞选择还需要进一步深入研究。