張壽，王琮仁

（海口市人民醫(yī)院骨科中心，海南?？?70208）

干細(xì)胞治療脊髓損傷的研究進(jìn)展

張壽，王琮仁

（?？谑腥嗣襻t(yī)院骨科中心，海南?？?70208）

脊髓損傷是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的嚴(yán)重創(chuàng)傷，其損傷后自身的修復(fù)能力非常有限，致殘率和病死率均非常高，如何有效地促進(jìn)損傷脊髓的再生與修復(fù)一直是醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。近年來(lái)隨著干細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展，各種干細(xì)胞以其強(qiáng)大的增殖、分化潛能為脊髓損傷的治療提供了新的思路和方法。

脊髓損傷；間充質(zhì)干細(xì)胞；神經(jīng)干細(xì)胞；胚胎干細(xì)胞；移植

張壽，現(xiàn)任海口市人民醫(yī)院骨科中心主任，教授、主任醫(yī)師、碩士生導(dǎo)師；?？谑袑I(yè)技術(shù)拔尖人才、海南省有突出貢獻(xiàn)的專家、享受國(guó)務(wù)院特殊津貼專家、海南省委省政府直接聯(lián)系專家。

1974年12月畢業(yè)于延邊醫(yī)學(xué)?？茖W(xué)校，1983年8月畢業(yè)于吉林醫(yī)學(xué)院，發(fā)表論文90余篇，出版著作4部。獲省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2次、三等獎(jiǎng)1次、海口市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2次、三等獎(jiǎng)1次、廳級(jí)新技術(shù)獎(jiǎng)6項(xiàng)。

曾任中華骨質(zhì)疏松及骨礦鹽學(xué)會(huì)全國(guó)委員、中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)骨科專業(yè)委員會(huì)委員、中南六省脊柱脊髓專業(yè)委員會(huì)委員、中華醫(yī)學(xué)會(huì)海南省骨科專業(yè)委員會(huì)副主任委員；《中國(guó)組織工程與臨床康復(fù)》雜志編委、《中國(guó)老年醫(yī)學(xué)》雜志編委。

多種原因所致脊髓損傷在醫(yī)學(xué)臨床工作中非常常見(jiàn)，其高致殘率及高致死率一直是神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。由于神經(jīng)元無(wú)再生功能，脊髓損傷周圍鄰近的神經(jīng)元或自身產(chǎn)生的神經(jīng)元不能代替局部壞死的神經(jīng)元，所以脊髓損傷后的自我修復(fù)能力不足。目前傳統(tǒng)的治療方法主要有激素沖擊療法、手術(shù)切開(kāi)減壓法、物理康復(fù)治療法等，雖然這些方法對(duì)脊髓損傷的病理改變起到一定的程度的緩解作用，但最終都無(wú)法有效的解決患者截癱這一難題[1-2]。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，干細(xì)胞技術(shù)不斷的發(fā)展與成熟為脊髓損傷的治療提供了廣闊的研究領(lǐng)域和應(yīng)用前景?，F(xiàn)就干細(xì)胞治療脊髓損傷的相關(guān)研究進(jìn)展做一綜述：

1 干細(xì)胞的種類

目前研究表明可供移植的干細(xì)胞種類很多，包括間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、許旺細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞、嗅鞘細(xì)胞和脂肪、皮膚組織來(lái)源的干細(xì)胞等。其中間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞是研究較為廣泛的種子細(xì)胞。

1.1 間充質(zhì)干細(xì)胞間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是近年來(lái)研究的一大熱點(diǎn)，它是一類具有強(qiáng)大增殖能力和多向分化潛能的細(xì)胞，可以從骨髓、脂肪、臍帶、胎盤(pán)組織、肝、肺、骨膜等全身多處組織獲取，并且在一定的誘導(dǎo)環(huán)境下具有向神經(jīng)細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等多種細(xì)胞分化的能力[3-5]。雖然MSCs可以來(lái)自全身多處組織，但在治療脊髓損傷的研究應(yīng)用中，骨髓和臍帶組織來(lái)源的MSCs以其來(lái)源廣泛、取材簡(jiǎn)便易行、免疫原性弱、培養(yǎng)及移植成功率高等優(yōu)勢(shì)成為目前使用最多、最理想的來(lái)源[6]。Shih等[7]在體外試驗(yàn)中成功證實(shí)，MSCs在某些化學(xué)誘導(dǎo)物質(zhì)的誘導(dǎo)下可以迅速分化為神經(jīng)元細(xì)胞，雖然其分化過(guò)程中的細(xì)胞內(nèi)機(jī)制仍不明確，但其中的化學(xué)誘導(dǎo)物可能包括維甲酸(RA)、腦源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子(BDNF)以及外源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)等。同時(shí)，也有許多學(xué)者對(duì)MSCs通過(guò)不同移植方式在體內(nèi)成功修復(fù)脊髓損傷的情況進(jìn)行試驗(yàn)及臨床報(bào)道，Himes等[8]從人造血系統(tǒng)中分離、培養(yǎng)出骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，然后通過(guò)靜脈移植的方式移植入脊髓損傷的實(shí)驗(yàn)小鼠體內(nèi)，14 d后觀察發(fā)現(xiàn)小鼠行走功能、溫度覺(jué)及BBB評(píng)分均較移植前有明顯的提高。Dasari等[9]將人臍血間充質(zhì)干細(xì)胞直接注射到脊髓損傷大鼠模型的損傷部位，最后取病變脊髓組織行免疫組化分析結(jié)果，證實(shí)人臍血MSCs分化為神經(jīng)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞以及少突膠質(zhì)細(xì)胞，同時(shí)超微結(jié)構(gòu)分析也顯示損傷區(qū)域軸索結(jié)構(gòu)正常，有明顯的髓鞘覆蓋。劉靜等[10]通過(guò)對(duì)22例脊髓損傷患者進(jìn)行臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的鞘內(nèi)注射治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)22例中13例有效，9例無(wú)效，其中完全性脊髓損傷的6例患者均無(wú)效，且22例患者治療后1個(gè)月與治療前比較，痛觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)能力評(píng)分等均有明顯提高(P＜0.01)，隨訪3個(gè)月～3年均未發(fā)現(xiàn)不良事件，證實(shí)MSCs可以改善大部分不完全性脊髓損傷患者的神經(jīng)功能，提高患者的生活質(zhì)量。此外，間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)還能夠刺激內(nèi)源性神經(jīng)系統(tǒng)的修復(fù)機(jī)制，上調(diào)神經(jīng)細(xì)胞的可塑性蛋白質(zhì)，最終達(dá)到恢復(fù)神經(jīng)功能的目的[11]。雖然近年來(lái)對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的研究取得了一定的進(jìn)展，但由于間充質(zhì)干細(xì)胞在移植中具體的細(xì)胞內(nèi)分化機(jī)制以及致瘤性等問(wèn)題均沒(méi)有得到有效的解決，還需今后實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)一步深入。

1.2 神經(jīng)干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞(NSC)以對(duì)稱性分裂和不對(duì)稱性分裂的方式進(jìn)行生長(zhǎng)，且具有較高的增殖和自我更新能力，它能夠分化產(chǎn)生神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞等神經(jīng)系統(tǒng)的各類細(xì)胞[12]。研究發(fā)現(xiàn)在哺乳動(dòng)物胚胎和成年動(dòng)物的大腦皮質(zhì)、室管膜下層、紋狀體、側(cè)腦室以及脊髓中央管室管膜區(qū)均證實(shí)有NSC的存在[13-14]。雖然NSC修復(fù)脊髓損傷的具體機(jī)制目前仍不明確，但大量相關(guān)研究均普遍認(rèn)為：1)神經(jīng)干細(xì)胞可以通過(guò)分化產(chǎn)生少突膠質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)神經(jīng)纖維的髓鞘化，從而恢復(fù)神經(jīng)組織的結(jié)構(gòu)完整性[15]。2)神經(jīng)干細(xì)胞移植入神經(jīng)組織后可以通過(guò)產(chǎn)生外源性神經(jīng)元，與神經(jīng)系統(tǒng)相整合，最終代替有缺陷或者死亡的神經(jīng)元[16]。3)神經(jīng)干細(xì)胞還能夠有效地減輕脊髓周圍組織的壞死程度，對(duì)局部的炎癥反應(yīng)、細(xì)胞的再損傷、膠質(zhì)瘢痕的形成起到抑制作用，其次其分化產(chǎn)生的星形膠質(zhì)細(xì)胞還可以起到營(yíng)養(yǎng)支持和保護(hù)作用[17]。同時(shí)，也有許多學(xué)者利用神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)脊髓損傷的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究，并且也獲得不錯(cuò)的效果。Nakamura等[18]的實(shí)驗(yàn)研究通過(guò)分離提取出人神經(jīng)干細(xì)胞，采用BrdU將其進(jìn)行標(biāo)記后移植到脊髓損傷的獼猴動(dòng)物模型內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物的神經(jīng)微絲的生長(zhǎng)、自發(fā)性運(yùn)動(dòng)活動(dòng)以及前肢的肌力均明顯優(yōu)于對(duì)照組，從而證實(shí)了移植入的神經(jīng)干細(xì)胞可以在宿主體內(nèi)存活以及進(jìn)行分化、遷移，并可有效地促進(jìn)肢體運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)?？琢顒俚萚19]的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果也提示，在體外分離、培養(yǎng)出的大鼠神經(jīng)干細(xì)胞在移植到動(dòng)物模型脊髓損傷區(qū)域后可以存活、遷移，并能夠有效地保護(hù)脊髓損傷后的前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，進(jìn)而促進(jìn)大鼠模型的后肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。目前關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞的研究尚處于起步階段，其取材及培養(yǎng)的難度高，移植后的致瘤性、免疫排斥反應(yīng)等一系列問(wèn)題均未得到解決，尚待進(jìn)一步研究。

1.3 胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞(ESCs)是從早期胚胎或原始性腺中分離出來(lái)的一類細(xì)胞，體外培養(yǎng)具有無(wú)限增殖、自我更新和多向分化的特性。不管是在體外還是體內(nèi)環(huán)境，它均可以被誘導(dǎo)分化為包括神經(jīng)細(xì)胞在內(nèi)的所有細(xì)胞類型。目前的實(shí)驗(yàn)研究大多是將胚胎干細(xì)胞在體外誘導(dǎo)分化成神經(jīng)前體細(xì)胞后再進(jìn)行移植。楊建華等[20]將在體外分離培養(yǎng)出小鼠胚胎干細(xì)胞利用全反式維甲酸(RA)誘導(dǎo)后移植入脊髓損傷的小鼠椎管內(nèi)，然后使用免疫熒光、反轉(zhuǎn)錄酶PCR分析等方法進(jìn)行觀察分析、研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植后的胚胎干細(xì)胞能在宿主體內(nèi)存活、遷移，并分化成神經(jīng)元。然而，有關(guān)胚胎干細(xì)胞的研究目前仍是剛起步階段，并也一直是一個(gè)頗具爭(zhēng)議的領(lǐng)域，雖然其能有助于根治許多疑難雜癥，但也不可回避的涉及到道德倫理學(xué)及法律等問(wèn)題，限制了它的廣泛研究應(yīng)用。

2 干細(xì)胞移植方式及時(shí)間的選擇

2.1 移植方式目前國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究中干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的途徑主要包括：脊髓損傷部位原位移植、經(jīng)靜脈途徑移植、椎管內(nèi)移植、經(jīng)腹膜移植及經(jīng)腦脊液移植等，至于何種移植方式更為合適、有效，尚無(wú)定論。Kim等[21]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞經(jīng)靜脈和腦脊液兩種方式移植都可以有效的改善神經(jīng)癥狀，但經(jīng)腦脊液途徑移植的細(xì)胞能更有效地遷移至脊髓損傷部位。Geffner等[22]將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞經(jīng)椎管內(nèi)移植、局部種植、靜脈移植三種途徑移植治療52例脊髓損傷的患者，結(jié)果提示三種移植方式均可以促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)，且均安全、可行。同時(shí)，也有學(xué)者認(rèn)為經(jīng)皮進(jìn)行干細(xì)胞局部移植不但可以使細(xì)胞準(zhǔn)確植入損傷部位，而且微創(chuàng)、容易操作[23]。

2.2 移植時(shí)間為促進(jìn)移植細(xì)胞在宿主體內(nèi)更高效的存活、遷移及分化，更有利于損傷神經(jīng)的恢復(fù)，選擇最佳的移植時(shí)機(jī)具有很重要的意義。但目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)脊髓損傷后移植時(shí)機(jī)的選擇存在較大的爭(zhēng)議，一部分學(xué)者通過(guò)研究認(rèn)為脊髓損傷后的局部炎癥對(duì)移植細(xì)胞影響較小，并且移植的細(xì)胞還可以部分抑制炎癥，改善脊髓損傷后局部的內(nèi)環(huán)境，減輕繼發(fā)性損傷，因此主張選擇在脊髓損傷后的近期進(jìn)行移植[24]。也有學(xué)者認(rèn)為脊髓損傷后產(chǎn)生的神經(jīng)毒性物質(zhì)以及急性炎癥反應(yīng)均影響移植細(xì)胞在宿主體內(nèi)存活、增殖和分化，故認(rèn)為在脊髓損傷10～14 d后進(jìn)行干細(xì)胞移植為佳[25]。

綜上所述，隨著近年來(lái)干細(xì)胞研究的不斷發(fā)展與成熟，其為解決脊髓損傷后難以治愈這一世界性難題帶來(lái)新的曙光。同時(shí)，大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和初步的臨床觀察結(jié)果也證實(shí)，各類不同來(lái)源的干細(xì)胞移植對(duì)脊髓損傷均有一定的療效。然而，干細(xì)胞技術(shù)并不完美，在進(jìn)入臨床應(yīng)用之前還有很多問(wèn)題等待解決：如何選擇最優(yōu)的干細(xì)胞來(lái)源，如何在體內(nèi)進(jìn)行示蹤及鑒定，如何確定最佳的移植時(shí)機(jī)及移植方式，如何減低移植后免疫排斥反應(yīng)及致瘤性的風(fēng)險(xiǎn)等等。對(duì)此，還需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究及臨床工作去實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，將其發(fā)展為安全有效的臨床治療方法，真正做到為脊髓損傷的患者造福。

[1]de Vivo MJ,Go BK,Jackson AB.Overview of the national soinal cord iniury statistical center database[J].J Spina Cord Med,2002, 25(4)：335-338.

[2]梁錦前,沈建雄,邱貴興.干細(xì)胞移植修復(fù)脊髓損傷的研究進(jìn)展[J].中國(guó)脊柱脊髓雜志,2008,18(6)：475-477.

[3]Rao J,Shen J,Quan D,et al.Property studies on three-dimensional porous blended silk scaffolds[J].Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi,2009,23(10)：1264-1270.

[4]Schulze-Tanzil G,Mobasheri A,de Souza P,et al.Loss of chondrogenlc potential in dedifferentiated chondrocytes correlates with deficient Shc-Erk interaction and apoptosis[J].Osteoarthritis Cartilage, 2004,12：448-458.

[5]Im B.Black dale woodbury adult rat and human bone marrow stmmal stem cells differentiate into neurons[J].Blood Cell Molis, 2000,164(2)：247-256.

[6]Javazon EH,Beggs KJ,Flake AW.Mesenchymal stem cells：paradoxes of passaging[J].Exp Hematol,2004,32(5)：414-425.

[7]Shih JCP,Jaraquemada JM,Su YN,et al.Role of three-dimensional power Doppler in the antenatal diagnosis of placenta accreta：comparison with gray-scale and color Doppler techniques[J].Ultrasound Obstet Gynecol,2009,33(2)：193-203.

[8]Himes BT,Neuhuber B,Cokman C,et al.Recovety of function follow grafting of human bone marrow-derived stem cells into the injured spinal cord[J].Neurorehabil Neural Repair,2006,20(2)：278-296.

[9]Dasari VR,Spomar DG,Gondi CS,et al.Axonal remyelination by cord blood stem cells after spinal cord injury[J].Neurotrauma, 2007,24(2)：391-410.

[10]劉靜,韓冬梅,王志東.臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷臨床分析[J].中華損傷與修復(fù)雜志,2011,6(4)：564-570.

[11]少?gòu)?qiáng),林建華.骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的研究現(xiàn)狀[J].中國(guó)修復(fù)重建外科雜志,2007,21(5)：507-511.

[12]Rietze RL,Reynolds BA.Neural stem isolation and characterization [J].Methods Enzymol,2006,41(9)：33-43.

[13]Liu XC,Zhu Y,Gao W.Isolation of neural stem cells from the spinal cords of Iow temperature preserved abortuses[J].Joumal of Neuroscience Methods,2006,58(4)：384-390.

[14]Kim HT,Kim IS,Lee IS,et al.Human neurospheres derived from the fetal central nervous system are regionally and temporally specified but are not committed[J].Experimental Neurology,2006,l99 (1)：222-235.

[15]Nandoe Tewarie RS,Hurtado A,Bartels RH,et al.Stem cellbased therapies for spinal cord injury[J].J Spinal Cord Med,2009,32(2)：105-114.

[16]Pfeifer K,Vroemen M,Blesch A,et al.Adult neural progenitor cells provide a permissive guiding substrate for corticospinal axon growth following spinal cord injury[J].Eur J Neurosci,2004,20 (7)：1695-1704.

[17]Kubinová S,Syková E.Nanotechnology for treatment of stroke and spinal cord injury[J].Nanomedicine,2010,5(1)：99-108.

[18]Nakamura M,Toyama Y,Okano H.Transplantation of neural stem cells for spinal cord injury[J].Rinsho Shinkeigaku,2005,45(11)：874-876.

[19]孔令勝,聶冬麗,張軍臣,等.神經(jīng)干細(xì)胞移植促進(jìn)大鼠脊髓損傷后前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元存活及后肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志,2009,25(20)：3402-3404.

[20]楊建華,李長(zhǎng)德,翟饒生,等.胚胎干細(xì)胞移植修復(fù)脊髓損傷的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)修復(fù)重建外科雜志,2007,21(5)：487-491.

[21]Kim DE,Schellingerhout D,Ishii K,et a1.Imaging of stem cell recruitment to ischemic infarcts in a munne model[J].Stroke,2004, 35(4)：952-957.

[22]Geffner LF,Santacruz P,lzuneta M,et a1.Administration of autologous bone marrow stem cells into spinal cord injury patients via muItlple routes is safe and improves their quality of life：comprehensive case studies[J].Cell transplant,2008,17(12)：1277-1293.

[23]Lee JH,Chang HS,Kang EH,et aI.Percutaneous transplantation of human umbilical cord blood-derived muItipotent stem cells in a canine modeI of spinal cord injury[J].Neurosurg Spine,2009,11(6)：749-757.

[24]Dasan VR,Spomar DG,Cady C,et a1.MesenchymaI stem cells from rat bone marrow downregulate caspase-3-mediated apoptotic pathway after spinal cord inIury in rats[J].Neurochem Res,2007, 32(12)：2080-2093.

[25]Wang T,Li LS,Liu YP,et al.Transplanted time of demal multipotent stem cells following spinal cord iniury[J].Joumal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineerinq Research,2007,11(33)：6615-6619．

R744

A

1003—6350（2012）22—001—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2012.22.001

2012-10-08)