作者：第二軍醫大學附屬長海醫院 孫曉飛
脊髓損傷(SCI)是一種嚴重的中樞神經系統創傷性疾病，年發病率(10.4～83)/100萬，其治療一直是世界性的難題。藥物、手術等治療方式均不能從根本上解決神經再生的問題，近年來，具有自我複製能力和多向分化潛能的神經幹細胞(NSCs)成為研究的焦點，有望為SCI的治療帶來新的希望。現就NSCs移植在脊髓損傷治療中的應用做一綜述。
神經幹細胞的生物學特性
神經幹細胞是一類具有自我更新能力的多潛能幹細胞，主要向神經系統方向分化，如神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞等。胚胎期和成人中樞神經系統均發現有神經幹細胞，其存在於特殊的niches中(包括與NSCs相鄰的細胞、細胞基質等，為幹細胞生存、自我更新及分化提供了相對穩定的微環境)，常見部位有前腦的室管膜下區、海馬齒狀回和脊髓中央管室管膜區等。神經幹細胞因其特有的生物學特性，在細胞移植中具有廣闊的應用前景。然而，根據分離部位的不同，神經幹細胞可分為不同亞型，不同亞型間的增殖和分化能力存在差異。
胎腦和成體中樞來源的神經幹細胞在應用時存在倫理學爭議，為解決這一問題的困擾，研究者利用細胞重編程或化學誘導等方法從其他細胞間接獲得了神經幹細胞，常見的來源有胚胎幹細胞、人誘導多潛能幹細胞和永生化細胞系。
神經幹細胞移植治療脊髓損傷
神經幹細胞移植治療脊髓損傷的可能機制
脊髓損傷後除骨折、壓迫等原發損傷外，還可因缺血、缺氧、活性氧釋放造成繼發損害，導致脊髓結構損傷、神經元壞死、軸突中斷及脫髓鞘等。在損傷後期，膠質瘢痕形成及再生抑制因子表達等微環境改變造成損傷後神經再生困難。神經幹細胞移植後可分化為神經元，填補、替代損傷部位，並形成神經突觸，重建神經迴路；其分化產生少突膠質細胞，促進新生的神經纖維和殘存脫髓鞘纖維髓鞘化，恢復神經纖維的完整性；此外，移植的神經幹細胞還可通過以下方式對脊髓損傷的恢復產生積極作用:分泌多種神經營養因子，改善脊髓局部微環境，促進神經再生；產生細胞外基質，填充損傷後遺留空腔，為神經再生提供支持物；改善局部免疫狀態，減少繼發損傷。
移植時機
脊髓損傷的急性期，損傷部位出現急性炎症反應，有神經毒性的炎症因子大量分泌，常導致移植的神經幹細胞死亡或向膠質細胞分化，該階段約持續7～9d。急性期後，神經組織處於修復階段，利於移植細胞的存活與分化，因此目前提倡延遲移植，即急性期後移植。研究認為脊髓損傷後的1～2周為細胞移植的窗口期，該階段移植能取得最佳的移植效果。
移植方式
神經幹細胞單獨移植 近年來，一些研究將不同來源的神經幹細胞直接用於脊髓損傷的移植，結果提示對神經的再生產生了一定的有益影響。Liang等從自然流產胎兒皮層中獲得人神經幹細胞，體外擴增後植入胸段脊髓完全橫斷的小鼠體內，組織病理結果顯示皮質脊髓束纖維顯著再生並重新形成突觸連接，小鼠的後肢運動功能恢復良好。Fujimoto等將iPS來源的神經幹細胞植入脊髓損傷模型後，其分化為神經元並形成突觸連接，與體內神經系統整合促進小鼠後肢功能的恢復。
基因修飾後移植 為改善不利於再生的微環境，一些學者對擬移植的神經幹細胞進行基因修飾，可以促進神經功能的恢復。目前常用的修飾基因主要是神經營養因子(NTF)。Blesch等將神經營養素－3基因修飾的神經幹細胞移植入大鼠脊髓損傷模型中，2周後發現基因修飾組有大量的感覺神經投射形成，並且60%分化為神經元，3%分化為膠質細胞。Lian等將EPO增強子和RTP801啟動子與血管內皮生長因子(VEGF)基因融合後轉入小鼠神經幹細胞，該細胞在缺氧環境中表達VEGF，而VEGF具有神經保護和促進神經生長的作用，因此在脊髓損傷的模型中大大提高了移植細胞的生存率。
聯合其他種類細胞移植 由於局部組織損傷、血供不良、營養因子缺乏，幹細胞植入損傷脊髓後只有少部分存活，且神經分化率低。針對這一問題，部分學者對神經幹細胞聯合其他種類細胞移植進行了探索。Niapour等將人胚胎幹細胞來源的神經前體細胞聯合雪旺細胞植入鼠脊髓損傷模型，共移植組BBB功能評分明顯優於單獨移植組，5周後免疫螢光染色提示其增殖減少，但神經分化率顯著提高。神經幹細胞具有分化為神經元、神經膠質細胞的潛能，而嗅鞘細胞可促進軸突跨越膠質瘢痕，促進功能恢復，Wang等將這兩種細胞聯合移植入大鼠脊髓損傷模型中，發現聯合移植組下肢功能恢復顯著優於單獨移植組，組織學和免疫螢光染色提示新生的神經纖維跨越了損傷區域等。
聯合生物製劑、支架材料等綜合移植 脊髓損傷後期瘢痕形成是阻礙神經再生的最主要因素，軟骨素黏蛋白(CSPG)作為神經膠質瘢痕的構成物，在脊髓損傷後強烈表達，是活體內神經幹細胞移植的抑制劑。Kegami等用軟骨素酶聯合神經幹細胞移植，發現軟骨素酶可通過減少膠質瘢痕抑制作用促進神經幹細胞在體內的遷移、整合。NogoA是一類主要位於中樞神經系統髓鞘膜上的神經突起生長抑制因子，它通過與細胞表面的NgR結合傳遞抑制性信號。
Xu等在鼠脊髓損傷1周後接種NgR疫苗，並於8周後移植用綠色螢光蛋白標記的神經幹細胞，其神經功能恢復優於單獨移植組，且可誘導內源性神經幹細胞的遷移、分化。為減少脊髓空洞和瘢痕的形成，研究者還採用支架材料置入損傷部位，提供神經幹細胞附著空間，並引導軸突的再生和延伸。
問題與展望
越來越多的研究表明，神經幹細胞移植可顯著促進脊髓損傷神經功能的恢復。然而，具體機制尚未闡明，且目前的研究結果多來源於動物，由於物種間的差異，其與人類脊髓損傷的病理和修復機制不盡相同。近年來，神經幹細胞移植的臨床研究也陸續展開。隨著研究的不斷深入，脊髓損傷的治療已取得令人鼓舞的成績。但總體來講，神經幹細胞移植治療脊髓損傷仍有很多問題尚待解決:(1)目前尚無神經幹細胞理想的來源；(2)神經幹細胞移植後的長期存活及表型穩定不容樂觀；(3)移植細胞的免疫排斥及安全性問題。如何誘導內源性神經幹細胞的遷移、分化以修復損傷的脊髓也是現今研究的方向之一，相信隨著神經幹細胞基礎理論的完善和發展，脊髓損傷的治療一定會取得突破性進展。
來源：中國矯形外科雜誌2015年9月第23卷第18期
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