脊髓损伤的干细胞治疗研究进展、颅脑损伤的救治经验

脊髓损伤是临床上常见的中枢神经系统的严重创伤，可造成运动、感觉障碍及自主神经功能紊乱，高位损伤者甚至影响呼吸循环功能，具有极高的致残率和致死率，给患者及家属带来严重的经济和精神负担．也造成了巨大的社会压力。外伤是脊髓损伤最常见的原因，常由交通事故、坠落及暴力打伤引起，其他常见的原因有肿瘤压迫、感染、医源性损伤等。

脊髓损伤预后较差，一方面由于神经元再生能力较差；另一方面，脊髓损伤后，局部神经元坏死、凋亡，胶质瘢痕形成，阻碍了神经网络的重构．且损伤微环境中存在多种抑制神经再生的因子，这些因素共同导致了患者较差的预后。

目前脊髓损伤主要治疗措施包括手术、药物及物理治疗，但效果均不理想。近年来，随着干细胞技术的兴起，再生医学得到了长足的发展，动物实验已证实干细胞移植到脊髓损伤大鼠后迁移到受损神经区域分化成神经元，不仅能在受损和正常神经网络间起到桥梁的连接作用，还能释放多种营养因子促进轴突再生。降低神经功能的进一步缺失甚至恢复该功能。本文现围绕干细胞移植治疗脊髓损伤的相关研究做一简要概述。

一、常用的干细胞类型

动物实验或临床试验中用于治疗脊髓损伤的干细胞有很多种类，以下介绍几种常用的干细胞来源。

1．间充质干细胞：间充质干细胞(mesenchymal stemcell，MSC)是属于中胚层的一类多能干细胞。主要存在于结缔组织和器官间质中，以骨髓组织中含量多，故也称为骨髓间充质干细胞。MSC具有强大的增殖能力和分化潜能，还具有免疫调节功能。MSC可以通过其贴壁黏附性而得到分离。在脊髓损伤动物模型中。通过尾静脉注入MSC取得了良好的治疗效果。

2．CD34+细胞：CD34+细胞在骨髓间质和脐带血中均可发现，他们代表MSC的一个亚型，这些细胞通过其膜表面的跨膜糖蛋白相应的抗体得以分离。临床上，CD34+细胞移植治疗脑卒中和脊髓患者已得到初步的应用目。Callera和deMelo等利用磁性纳米粒子标签的CD34+细胞通过腰椎穿刺的移植方式治疗慢性脊髓损伤患者，在磁共振T2加权像可以观察到标签的细胞迁移到损伤部位，患者的肢体功能得到改善，证实了CD34+细胞治疗脊髓损伤的可靠性。

3．脐血干细胞：脐血干细胞(UCBs)作为成体干细胞的主要来源可被应用于多种疾病的治疗。大量的私立和公立脐带血库正在美国和其他国家建立，用于保存脐带血以便日后使用。大量的动物实验（以大鼠和狗为主）证实UCB能够改善脊髓损伤动物的后肢功能．且损伤局部能检测到移植干细胞的迁移和多种神经营养因子的富集。Kang等曾用UCB治疗一名37岁女性脊髓损伤患者，无论是感觉还是运动功能均得到明显提高。

4．多潜能成体祖细胞：多潜能成体祖细胞(multipotent adultprogenitor cells。MAPC)来源于骨髓和其他组织成分，其表面标志有CDl3、胎肝激酶1、CD44、CD45、主要组织相容性复合体I和主要组织相容性复合体Ⅱ等。MAPC不但具有自我分化和更新能力，还有免疫调节能力。利用MAPC治疗脊髓损伤大鼠能够改善其行为能力和提高神经元活性，静脉途径和脑穿途径移植都取得了良好的效果。MAPC能够抑制脊髓损伤后受损部位巨噬细胞介导的轴突凋亡．上调轴突的生长能力，促进脊髓损伤大鼠后肢功能的恢复。

5．诱导多能干细胞：诱导多能干细胞(induced pluripotent stemcells．iPS)近年来被认为是胚胎干细胞的替代品，其取自患者自身的纤维细胞，避免了一些伦理学上的问题。然而在临床应用前，几个问题需要解决：首先，细胞的安全性需要得到确认，这些iPS是否会转变成肿瘤细胞?其次，移植过程中使用的病毒抗原是否对人体有害?动物模型中这些细胞能发挥多大的作用?Saadai等将来源于皮肤的成纤维细胞诱导成iPS，用于移植治疗胎羊脊膜膨出所致的脊髓损伤，30 d后在脊髓损伤处可探测到标签的iPS．胎羊的肢体功能得到明显改善，且未观察到肿瘤细胞生长。这提示在不远的将来，iPS可能会成为治疗脊髓损伤的理想干细胞源。

6．少突胶质前体细胞：少突胶质前体细胞(oligodendrocyte progenitorcells，OPCI是未成熟的少突胶质细胞，能够在体内迁移、增殖、分化为成熟的少突胶质细胞形成髓鞘，可来自胎脑组织、胚胎干细胞或者由iPS转化而来。OPC治疗脊髓损伤是基于这样一个理论即少突胶质细胞凋亡是脊髓损伤后发生脱髓鞘变的重要原因，不利于脊髓功能的恢复，因此补充少突胶质细胞，改善残存细胞的脱髓鞘化状态，有利于脊髓损伤后神经功能的恢复陋m。Sharp等旧将OPC移植治疗脊髓损伤大鼠，其后肢功能改善较明显，脱髓鞘状态得到抑制，且降低了脊髓空洞化。

7．胚胎干细胞：胚胎干细胞(embryonic stem cells，ESC)是最有争议的干细胞类型之一，其主要来自胚胎或胚胎的残余组织，临床应用除了受限于伦理学问题之外，这些细胞较强的增殖能力和多向分化潜能可能会促成肿瘤细胞的形成。动物实验中，ESCs治疗脊髓损伤动物后，损伤后24h移植可以观察到与移植细胞生存相关的组织学变化。

二、移植途径

脊髓损伤常用的干细胞移植路径有局部注射、经脑脊液注射、经血液循环注射。

1．局部注射移植：在受损部位椎板钴一小孔．将干细胞通过微注射直接打入损伤脊髓处。优点是干细胞全部进入受损脊髓处，细胞的利用率高，浪费少；缺点是穿刺脊髓可能会造成新的损伤包括出血、挫伤等，加重脊髓损伤的程度。实验证实与静脉注射相比，损伤原位局部注射干细胞治疗脊髓损伤大鼠，后肢功能恢复明显．BBB评分、大腿周径等主客观指标优于静脉注射组。

2．经脑脊液注射移植（即腰椎穿刺）：腰椎穿刺是将干细胞经L3-L4或L4-L5注入蛛网膜下腔，优点是损伤小，较少对脊髓本身造成直接损害，注入的细胞可随着脑脊液流动迁移到脊髓受损部位，相比静脉移植，脑脊液容量空间小，所需的移植细胞数较少，但与局部移植相比，其需要的细胞移植量要多。

3．经血液循环注射移植：主要通过静脉将干细胞注入患者血液系统，迁移至脊髓受损处。其优点也是损伤小，对身体的副作用轻微，缺点是细胞在迁移过程中需要透过血脑屏障，致使其损失更多，真正能迁到脊髓损伤处的细胞更少，效果欠佳。但Takeuchi等指出，血脊髓屏障在脊髓损伤出现暂时性破坏，这也为静脉移植提供了难得的移植时间窗，即在急性炎症期后及神经胶质瘢痕形成以前，此段时间内行移植治疗可获得良好的效果。

三、脊髓损伤的干细胞治疗时间

移植时间的把握对脊髓损伤患者预后亦很重要，但国内外对此研究均较少，少见系统的研究报道，目前对最佳的干细胞移植治疗时间也未达成共识。脊髓损伤早期，由于急性炎性反应及多种神经毒性物质的释放不利于干细胞的增殖、分化和迁移．另外损伤早期细胞色素C释放和Caspases途径激活导致细胞凋亡，受损的脊髓亦会发生坏死和空洞形成等一系列的变化，均不利于干细胞的生存。脊髓损伤晚期，由于胶质增生带的行成，对干细胞向损伤区域迁移造成阻力，故治疗效果差。所以建议损伤后1-2周行干细胞移植。

四、干细胞治疗脊髓损伤发挥作用的可能机制

虽然目前动物实验和临床试验都证明干细胞治疗脊髓损伤具有一定的效果，但其发挥疗效的作用机制仍不清楚，可能包括以下几方面。

1．直接替代死亡或异常的神经元：干细胞移植后移行到脊髓受损部位，分化为功能神经元，替代原有死亡或受损细胞，并与宿主的神经元形成局部神经回路，重建神经网络，在一定程度上恢复神经信号的传导通路。当然，仅用神经元替代理论很难解释肢体功能的恢复．因为即使部分受损神经元得以替换．但新的移植细胞往往并不拥有正常神经元一样的功能，其形成的网络也存在一定的问题。

2．增加损伤微环境中神经营养因子的表达：干细胞自身可分泌神经营养因子，也能促使宿主组织或细胞分泌神经生长因子(NGF)、脑源性神经营养因子(BDNF)等因子，促进神经元及其轴突、树突生长。

3．营养支持和保护作用：干细胞除了分化为神经元外，部分还可以分化为神经胶质细胞，起到营养神经元的作用，维持内环境的稳定，并且能够参与髓鞘再生，重建和加强神经元间兴奋的传导，改善运动和感觉功能。传统理念上，胶质细胞形成胶质瘢痕，起着屏障作用，导致轴突再生障碍，不利于脊髓损伤的恢复。但另一方面，胶质细胞可分泌少量促进轴突再生因子．如层黏蛋白、纤维蛋白等，它们在体外显示出良好的辅助轴突再生以及突出延伸作用，更重要的是，胶质细胞参与髓鞘再生，对新生神经元具有支持和保护作用，有利于整个神经网络系统的构建。

4．抑制凋亡作用：干细胞可抑制因轴突脱髓鞘、受损神经组织再生及炎症反应引起的细胞凋亡和促进抗凋亡基因表达的增加，延缓神经元的凋亡进程，如下调Fas及其配体、bcl相关X蛋白、肿瘤坏死因子。-α、P50、P65，上调bcl-2、基质金属蛋白酶一2等的表达。干细胞移植后通过协调促凋亡和抑制凋亡相关基因的表达，阻止损伤区域残存神经元的结构和功能进一步退化。

5．促进血管生成：实验证实脐血基质细胞可能通过促进趋化性细胞因子受体-4(CXCR-4)阳性细胞粘附于血管内皮和内皮前体细胞的回归以及血管内皮周围细胞的形成等事件，参与血管再生，加强缺血缺氧区神经组织的氧供，促进神经功能恢复。血管新生是神经发育过程中的重要因素，脊髓损伤后由于局部血流量下降，神经元缺血缺氧，发生坏死或凋亡。因此血管结构破坏的程度是影响脊髓损伤预后的一种重要因素。移植干细胞后脊髓局部组织血管内皮生长因子浓度升高．参与血管的重建，能促进内源性血管内皮生长因子的生存．从而使损伤区新生血管生成，改善神经功能。

五、展望

脊髓损伤的治疗是目前困扰全世界科学家的难题，至今仍没有突破性的进展，干细胞技术的兴起和发生，为研究人员提供了新的思路。干细胞治疗脊髓损伤的实验研究已较为成熟，但临床应用正处于初级阶段，虽然部分患者取得了良好的效果，但仍存在许多问题，如干细胞培养到何时最适合移植、从损伤到施行移植手术的最佳时间间隔、移植路径等等，这些都需要经过大量的临床探索和反复验证。

来源：植物人   作者：吴月奎 王尚武 戴宜武 徐如祥