黃天宇綜述，鄒永根審校

（西南醫(yī)科大學附屬中醫(yī)醫(yī)院：骨傷（矯形、兒骨、手外）科，四川瀘州646400）

組織工程移植物對周圍神經修復再生的研究進展

黃天宇綜述，鄒永根審校

（西南醫(yī)科大學附屬中醫(yī)醫(yī)院：骨傷（矯形、兒骨、手外）科，四川瀘州646400）

神經支架；種子細胞；生長因子；組織工程；周圍神經修復

周圍神經損傷是創(chuàng)傷骨科中常見的多發(fā)病之一，多見于四肢部位，主要由于周圍神經受到牽拉、擠壓、銳器切割及物理化學反應，致使神經結構或功能受損，從而導致患肢感覺及運動功能障礙及缺失[1]。目前，自體神經移植被認為是治療外周神經損傷的金標準。但是長節(jié)段（＞30mm）神經缺損，一直是醫(yī)學界亟待解決的難題之一。研究表明[2]，雖然周圍神經具有一定的再生的能力，但由于這種再生能力的效能較低，容易被周圍的疤痕阻擋，使再生軸突分散而形成神經瘤，阻止神經修復。近年來組織工程的發(fā)展，目前神經支架、種子細胞以及生長因子在周圍神經損傷修復治療中起著巨大作用。組織工程移植物一般由三部分構成：神經支架、種子細胞和生長因子，其中神經支架作為種子細胞和生長因子的載體，是組成神經損傷修復微環(huán)境的主要結構。與其他的組織工程材料一樣，組織工程神經移植物將神經支架、種子細胞、神經生長因子結合起來，作為構成神經再生微環(huán)境的重要成分，將功能性種子細胞植入神經支架中修復神經缺損往往能達到類似于自體神經移植的良好修復效果。

1 神經支架

理想的神經支架，應具備適宜的生物及理化性質，包括生物相容性、生物降解力、滲透率以及生物力學特性，其結構構建和性能改進是制約周圍神經缺損修復的關鍵問題，其組成結合及內部微結構是影響組織工程移植物修復長節(jié)段神經損傷的關鍵因素。

1.1 自體非神經材料

目前臨床上主要采用的是自體移植，主要應用的材料為血管或肌肉，以血管材料為主。血管組織，由于其自身的管狀結構，擁有良好的通透性和組織相容性，對于修復短神經缺損方面有著不錯療效[3]，但由于其生物力學性質尤其是抗壓性質較弱，在長節(jié)段缺損的修復當中會出現(xiàn)塌陷的現(xiàn)象，從而導致再生神經無法穿越缺損長向遠端。研究顯示[4]，將事先剪碎的神經組織碎片填入靜脈血管組織當中，不僅對支架起到了支撐作用，且其本身就對神經組織，對軸突的再生也起到了促進的作用，從而獲得了不錯的療效。此外，利用肌肉組織作為神經支架修復神經缺損也獲得了不錯的效果，但與其他材料相比，并無明顯的優(yōu)勢。

1.2 可降解天然大分子材料

天然可降解的大分子材料主要是指―來源于生物或自然界，經過人工提純或處理的一類大分子材料，主要包括膠原，殼聚糖，玻璃質酸等。迄今為止，已有多種膠原為主制備的神經支架產品面世，如NeuroMatrix、Neuroflex、NeuraGen，均通過美國FDA認證，并已投入臨床中使用[5]。近年來，有研究顯示膠原神經導管的修復較粗的神經損傷效果仍不甚理想，并且單純由膠原組成的神經導管其降解率較高，導致對神經再生不能完整的支持。因此，膠原神經導管對于大規(guī)模的臨床應用仍不現(xiàn)實。與粘多糖有著相似的分子結構的殼聚糖，有研究顯示各種新型配方及工藝的殼聚糖神經導管在外周神經系統(tǒng)和中樞神經系統(tǒng)損傷中使用，并有著不錯的效果。而絲心蛋白，由于其免疫原性低，且有不錯的神經組織生物相容性以及降解率，近年來在生物醫(yī)學領域的應用越來越廣泛。研究顯示[6-7]，絲心蛋白制備的神經移植物在大鼠的坐骨神經缺損的治療當中可以有效促進神經的再生。此外，海藻酸鹽，玻璃質酸，角蛋白等材料同樣具備良好的生物相容性，無毒性及降解率，以其為基礎制備的神經導管已報道在神經再生中起到不錯的效果。在神經導管的制備中，通常利用交聯(lián)的方法來提高其物理和生物性質，已有報道不同成分聯(lián)合應用制備的導管，如膠原-殼聚糖，殼聚糖-海藻酸鹽，殼聚糖-絲心蛋白神經導管已廣泛使用于外周神經損傷后的神經再生當中。

1.3 人工合成材料

由于人工材料其可調控的理化性質，近年來已成為一個新興的材料用于神經導管的制備。為了克服不可降解人工合成材料的各種缺點，越來越多研究者開始對可降解人工合成材料進行研究。此類材料主要包括聚乳酸-聚乙醇酸共聚物（PLGA）、聚乙酸內酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）等。以此類材料制備的神經導管已經獲得了美國FDA組織的認證，并應用于臨床當中[8]。一個理想的神經導管還需要有良好的導電性，以使突觸部位產生的電信號得以傳導，促進神經再生，因此聚吡咯、聚丙胺及聚噻吩等材料也用于制作神經導管[9-10]。隨著研究的深入，越來越多的物質被作為神經支架的制備材料，將這些材料聯(lián)合應用制備的神經導管兼?zhèn)涠喾N材料的有點，可進一步提高其促進神經的再生的功效，應用前景廣闊。

2 種子細胞

對于缺損長度＜30 mm，神經支架的使用在不同程度取得了一定的成功。但當神經損傷長度超過了一定范圍，單獨使用神經支架，由于支架內缺乏功能細胞的支持，導致神經再生受到了阻礙[11]。植入神經支架中的功能性種子細胞可以分泌生長因子、細胞外基質分子，為神經的再生上提供了有利的微環(huán)境，進一步加速了神經的再生。

2.1 嗅鞘細胞

嗅鞘細胞（OECs）是一種特殊的膠質細胞，具有神經營養(yǎng)、抑制膠質增生、瘢痕形成、成髓鞘等作用。它的特點在于，不僅在成熟期仍具有神經再生能力，同時還能釋放多種神經生長因子，被認為是髓鞘化能力最強的膠質細胞。由于嗅鞘細胞是目前所發(fā)現(xiàn)的為數(shù)不多可使中樞神經系統(tǒng)再生的細胞，且是目前唯一具備終生神經再生能力的細胞[12]，其在中樞神經損傷的修復當中有著非常廣泛的應用。由于其能使軸突具遷徙性，因此將嗅鞘細胞植入神經支架內修復長節(jié)段缺損取得了不錯的療效[13]。盡管中樞神經損傷后植入嗅鞘細胞以促進神經再生已在臨床中廣泛使用，并有著不錯的效果，但其在周圍神經的使用仍處于試驗階段，并沒有投入臨床的使用。盡管目前嗅鞘細胞修復外周神經損傷的作用機制仍不甚明了，但越來越多的研究已將關注點放于此，在未來使其發(fā)揮其最大的效能。

2.2 雪旺細胞

雪旺細胞（SCs），在維持神經元的存活與功能上起到重要的作用。在神經損傷后，SCs直接參與形成有髓神經纖維的髓鞘，同時還參與無髓神經纖維束膜結構的形成。它還分泌各種生長因子，如神經生長因子（NGF）、神經膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子（GDNF）、腦源性神經營養(yǎng)因子（BDNF）等。因此，雪旺細胞成為了外周神經再生中首選且應用最廣泛的種子細胞[14]。盡管雪旺細胞目前被看作是周圍神經損傷中最好的功能性種子細胞，也有學者[15]表明，雪旺細胞并沒有在修復長節(jié)段缺損時并沒有表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。在周圍神經損傷的修復中，它與嗅鞘細胞一樣可以促進軸突的再生，但在修復長節(jié)段的缺損時不具有嗅鞘細胞的能力。另外，許多神經支架的材料對雪旺細胞的相容性并沒有那么完美[16]。因此在某種程度上限制了其在神經再生中的應用，因此目前最大的問題仍是如何最大限度的發(fā)揮雪旺細胞在神經組織工程學中的效用。

2.3 神經干細胞

神經干細胞（NSCs）主要來源于神經系統(tǒng)，是一個具有多向分化性的多能細胞。其主要具備分化以下三種細胞的能力：神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞，在細胞損傷時，它可無限增殖，有利于神經的再生。除了其多方向分化能力外，它還具備較高可塑性、高遷移性、低免疫原性以及易于在體外分離培養(yǎng)等優(yōu)點，使神經干細胞成為組織工程神經移植物中一個很好的種子細胞[17]。有研究將神經干細胞植入殼聚糖神經支架中修復家兔面神經10 mm缺損時，獲得了與自體神經移植類似的療效。另有學者[18]發(fā)現(xiàn)，將神經干細胞植入神經支架修復神經損傷后，部分神經干細胞分化成類似于雪旺細胞的細胞，在周圍神經再生中發(fā)揮了類似雪旺細胞促進神經再生的作用。但由于其在體內存活率低，難誘導等缺陷，同時制約了它在神經組織工程學中的應用。

2.4 胚胎干細胞

胚胎干細胞，具有無限性增殖，自我更新能力強，多向性分化等特點，可在生長因子的刺激下，激發(fā)其分化潛能。對胚胎干細胞的研究，主要致力于中樞神經損傷的修復中，其在周圍神經損傷中的使用還有大片空白。有研究[19]表明，在周圍神經損傷的病例中，將由胚胎干細胞分化而來的神經元細胞移植入去神經化的肌肉中可取代由于損傷而缺失的神經元，并可有效的防止由于失去神經支配而造成的肌肉萎縮。Cui等[20]發(fā)現(xiàn)，在利用胚胎干細胞修復10 mm大鼠坐骨神經缺損時，胚胎細胞分化成髓鞘細胞，并存活了三個月以上，使再生的神經干恢復成原來的直徑。有報道，將胚胎干細胞源性的運動神經元移植入橫斷的脛神經內不僅促進了神經的再生，還衰減了去神經化導致的肌肉萎縮。將胚胎干細胞源性的神經元細胞植入神經支架為功能性種子細胞的選擇帶來了新的方案，促進了神經的再生。

3 生長因子

在神經損傷后，局部生長因子在調整各型細胞存活、增殖、遷移、分化方面起到了一個至關重要的作用[21]。各種研究證明，當周圍神經受到損傷，遠端神經細胞分泌的各類生長因子對軸突的再生起到支持的作用，但由于細胞所分泌的生長因子水平隨時間推移而下降，因此這種支持作用并不能持續(xù)很久[22]。因此，如何讓生長因子緩慢釋放成為了現(xiàn)今研究的重點。

3.1 神經生長因子

在正常的周圍神經里，神經生長因子（NGF）一直處于一個較低的水平，而在神經損傷后神經干遠端其表達有所上調。近年來，經過多項研究證明神經生長因子因為其營養(yǎng)神經元、促進新生軸突成熟、促進神經再生的能力被廣泛認知[23]。Cragg等[24]將神經生長因子填充入神經導管橋接大鼠坐骨神經缺損后發(fā)現(xiàn)，其增加了有髓軸突的數(shù)目，髓鞘的厚度，加速了新生神經的成長，從而促進了損傷神經的再生，在后續(xù)研究中也取得了部分成果。然而，也有一些研究提出，當將神經生長因子填充神經支架后，它可能會從神經支架內滲出，亦或是神經生長因子的失活，從而無法達到預期的效果[25]。上述結果無論從正面或是側面都應證了緩釋神經生長因子對于外周神經再生是非常重要的。目前，NGF是神經再生領域應用最多的生長因子，許多學者都以體內神經生長因子的水平作為評定損傷后神經再生程度的指標之一。

3.2 神經營養(yǎng)素-3，神經營養(yǎng)素-4/5

神經營養(yǎng)素-3（NT-3）能支持神經元的存活，生長及分化，并促進神經突觸的形成[26]。有研究[27]將NT-3搭載于纖連蛋白植入大鼠10 mm坐骨神經缺損中，明顯的增加了有髓軸突的數(shù)目，促進了神經的再生。將NT-3植入PHEMAMMA制備的導管中，修復大鼠坐骨神經缺損，移植后8周組織形態(tài)學分析表明，植入NT-3組的修復效果明顯優(yōu)于對照組。盡管神經營養(yǎng)素-4/5（Neurotrophin-4/5,NT-4/5）相關的研究十分有限，但仍有研究表明其在坐骨神經損傷后的修復中起到了促進的作用。

3.3 膠質源性神經營養(yǎng)因子

膠質源性神經營養(yǎng)因子（GDNF）最初源于大鼠B49膠質瘤細胞系，具有促進中腦多巴胺能神經元等多種神經元集群的存活。有研究[28]將其與NGF搭載于神經支架中修復大鼠15 mm坐骨神經缺損時并與NGF作比較，發(fā)現(xiàn)其對運動和感覺神經元的再生起到了促進作用，且其作用甚至優(yōu)于NGF。另有研究[29]將GDNF搭載于不同神經支架中，均得到了不錯的效果。此外，Petel將GDNF-層粘連蛋白混合殼聚糖制備神經導管，發(fā)現(xiàn)其與天然生物材料之間有著很好的生物相容性，并在大鼠坐骨神經缺損模型中明顯促進了外周神經的再生。

3.4 其他生長因子和活性物質

除了上述主要促進生長因子之外，腦源性神經營養(yǎng)因子（BDNF）、血管內皮生長因子（VEGF）、成纖維細胞生長因子（FGFs）等，都在不同研究中被證實具備促進神經再生，保護組織生長，對中樞及周圍神經損傷的修復起到一定的作用。隨著科技的進步，更多的生長因子會被發(fā)現(xiàn)，并發(fā)揮重要的作用。

4 總結與展望

隨著研究的深入，單一要素的應用不足以使其促神經再生的效用最大化，從早期的人造管狀神經支架，到現(xiàn)如今組織工程神經移植物，通過對神經支架成分的篩選，內部結構的優(yōu)化；對新型功能性種子細胞的發(fā)現(xiàn)與評估；對生長因子的研究，以及上述要素的聯(lián)合應用，人工神經移植物已廣泛的應用于中樞及外周神經缺損的治療當中，不僅有著不錯的療效，部分還已投入到臨床使用當中。然而目前的人工神經還存在著各種缺點，如其臨床應用局限性較高，主要面臨以下兩個問題：①如何增加受損神經元的存活以及為神經突的增生建立良好的微環(huán)境；②如何幫助再生軸突提供有效的導向性，達到靶器官。組織工程學在再生醫(yī)學領域還有很長的路要走，解決這些問題，有助于更好地將其利用到神經再生領域當中。

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（2016-03-23收稿）

R651.3

A

10.3969/j.issn.1000-2669.2016.06.027

黃天宇（1990-），男，碩士生。E-mail：554294060@qq.com