脊髓損傷細胞移植治療研究概況

脊髓損傷(spinal cord iniury，SCI)是一種嚴重危害人類生命健康的危重疾病，可導致終身癱瘓并引起各種并發癥，甚至死亡，給社會及家庭帶來巨大的經濟和精神負擔，因此治療脊髓損傷的意義重大。脊髓損傷根據其損傷機制分為原發性脊髓損傷和繼發性脊髓損傷。原發性損傷是指在機械性的脊髓挫傷、裂傷及穿刺傷等實質性損傷的基礎上，直接造成的脊髓局部血管的破壞出血、水腫及神經元的破壞等，其產生的神經損傷是不可逆轉的。而繼發性損傷是在細胞分子水平上主動調節的過程，該過程中少突膠質細胞的凋亡、再生、髓鞘化和形成膠質瘢痕等反應發揮著極其重要的作用。大量實驗研究證實繼發性損傷是引起脊髓功能喪失的主要原因，故目前的研究主要針對繼發性損傷。一直以來，人們認為成年中樞神經系統損傷后其自身的修復能力是有限的，死亡的神經元不能由中樞神經系統自身產生新的神經元或鄰近的神經元來替換，然而近年來細胞移植的研究已改變了這些觀點，通過細胞移植來修復損傷的神經系統是有可能的。目前可供選擇的細胞主要包括神經干細胞、骨髓間充質干細胞、胚胎于細胞、臍血干細胞、雪旺細胞、嗅鞘細胞等。本文就近幾年的研究報道，就各種移植細胞的特性及其在修復脊髓損傷方面的作用作一簡述。

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神經干細胞(neural stem cells，NSCs)

神經干細胞是指具有分化為神經元細胞、星形膠質細胞、少突膠質細胞的能力，能自我更新，通過不對稱分裂產生除自身以外的其他細胞，并足以提供大鞋腦組織細胞的干細胞。神經干細胞有高度增殖、自我更新及分化能力，其生物學特性可以歸納為以下幾點：(1)分化性：通過不對稱分裂產生除自身以外的其他細胞，分化形成神經細胞、星形膠質細胞和少突膠質細胞等。(2)遷移性：能到達損傷或疾病的部位并產生新的神經細胞。(3)趨化性：神經干細胞具有位置特異性的分化潛能，可生成神經組織細胞。(4)免疫原性：免疫原性較弱，在移植后免疫排斥反應較輕，有利于移植物的存活。因為上述特性，神經干細胞成為了神經系統疾病較理想的移植材料。

目前，神經干細胞移植治療脊髓損傷的結果比較肯定，而對于其作用機制，一般認為有以下幾點：(1)保護損傷脊髓中的神經元細胞，減少神經元細胞的死亡。有足夠數量的神經元存活是脊髓損傷修復的先決條件，因為軸突再生所需物質只能在神經元胞體內合成。一旦神經元胞體死亡，軸突就不可能再生，也可以說神經元胞體存活越多，軸突再生的希望也就越大。所以，提高神經元的存活數量也就意味著它對脊髓損傷后神經傳導通路的重建具有重要意義。(2)促進殘存神經元細胞軸突再生，現代觀點認為哺乳動物中樞神經系統fCNSl損傷后神經元軸突仍有再生潛力，有新的神經元產生并能形成新的突觸聯系，只是由于CNS內部微環境不適合，致使絕大部分軸突的再生努力歸于失敗，其中神經營養因子或誘導因子不足是最重要的限制因素之一。而神經干細胞及其分化子代細胞具有產生神經營養因子或誘導因子的功能。(3)替代缺失的神經元細胞與宿主細胞重新建立神經聯系，神經干細胞在適宜的環境下可分化為神經元細胞。神經干細胞來源目前主要有：(1)由胚胎干細胞誘導分化得到神經干細胞。(2)源于腫瘤組織或轉基因永生化的神經干細胞。(3)由胚胎或成年哺乳動物中樞神經系統分離得到神經干細胞。

2　骨髓間充質干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)

骨髓間充質干細胞是來源于胚胎發育早期中胚層的一類多能干細胞，由于細胞具有分化成間葉組織細胞的能力而得名。骨髓間充質干細胞是骨髓中的造血結構性和功能性支持細胞，由于其在培養中增殖和對塑料培養材料的貼壁特性，過去被稱為集落形成單位成纖維細胞fcolony-form－ing-unitfibroblasts。CFU—F)或塑料貼壁細胞。骨髓間充質干細胞通過不對稱分裂，一方面維持自身干細胞數量，另一方面實現增殖與分化。這種細胞除具有自我更新能力外，還具有可塑性或“克隆性”。表現為骨髓間充質干細胞在某些信號的影響下，錨靠一類組織，并分化成該組織細胞，其細胞分化類型受其所處的組織微環境的誘導，而且骨髓中成熟細胞能夠反分化。在適宜的微環境下，不但可分化為脂肪細胞、成軟骨細胞、成骨細胞和成肌細胞等，而且還可跨胚層分化為神經細胞、膠質細胞、肝細胞和心肌細胞等，具有很強的可塑性，即具有多向分化的潛能。

研究表明骨髓間充質干細胞移植治療脊髓損傷的主要機制可能為：骨髓間充質干細胞具有多分化潛能，能分化為神經樣細胞，表達神經核蛋白和膠質纖維酸性蛋白等神經細胞的特異性標記，取代已死亡的神經細胞。神經營養因子是神經系統中重要的調節蛋白，可調節神經元的存活、軸突生長、突觸可塑性和神經遞質的產生。有學者認為，骨髓間充質干細胞移植治療脊髓損傷后，遷移至局部的骨髓間充質干細胞及其分化的神經細胞可反應性分泌各種神經營養因子及生長因子，產生神經保護作用和促進局部微血管再生、神經再生和重構。從而起到治療脊髓損傷的作用。

3　胚胎干細胞(embryonic stem cells，ESCs)

胚胎干細胞是來源于哺乳動物早期胚胎的內細胞團中的一種二倍體細胞，具有長期未分化增殖的能力，在特定的條件下，能夠向三個胚層的組織和細胞分化。由于內細胞團可以發育成完整的個體，因而這些細胞被認為具有發育全能性。當內細胞團在培養皿培養并傳代用于研究時稱為胚胎干細胞。胚胎干細胞的主要特點：(1)發育的全能性。在體外可誘導產生出三個胚層的分化細胞，能廣泛參與宿主各組織器官的生長、發育、形成嵌合體，特別是生殖系嵌合體。(2)可在體外進行遺傳操作。(3)長期培養仍有形成三胚層衍生物的能力。(4)保持未分化狀態下的增殖。(5)可連續分裂幾代，也可較長時間處于靜止狀態。在體外將胚胎干細胞誘導分化為少突膠質細胞和星形膠質細胞的前體細胞，然后植入人類脫髓鞘病變模型的大鼠體內。結果顯示，胚胎干細胞源性的前體細胞可與宿主神經元建立聯系并在脊髓和大腦內形成軸突的髓鞘。這一研究為利用胚胎干細胞進行神經移植治療中樞神經系統疾病(包括脊髓損傷)提供了直接的證據。

4　臍血干細胞(umbilical cord stem cells，UC—STs)

臍血干細胞是指人臍帶血中含有的大量早期造血干細胞。臍血干細胞較成人骨髓中的干細胞更原始，有更強的增殖分化能力。體外培養時，臍血干細胞增殖能力及生存時間均優于骨髓造血細胞，而且其來源更為廣泛。在不同實驗條件下，臍血干細胞具有向包括神經細胞在內的各胚層細胞分化的潛能，加之無倫理學等問題，臍血干細胞有望成為干細胞移植治療中潛在的種子細胞。另外臍血免疫

功能低，不成熟，再生能力更強，移植后的排異性也更低。臍血干細胞促進軸突再生的機制主要有兩方面：(1)臍血干細胞移植可能影響損傷后局部神經細胞信號傳遞系統，進而抑制神經細胞凋亡，保護神經組織。(2)移植后的臍血干細胞可以在局部分泌一些促進軸突再生的神經營養因子，如膠質細胞源性神經營養因子、血管內皮生長因子等，它們在SCI修復中起重要作用。

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雪旺細胞(Schwann cells,SCs)

雪旺細胞是周圍神經系統(Deripheral nervous systemPNSl的神經膠質細胞，是周圍神經系統的重要組成部分。雪旺細胞在神經纖維的再生修復中具有誘導、營養以及促進軸突生長和成熟的作用。為神經修復提供支撐，誘導神經纖維生長的方向，包繞神經纖維軸突形成髓鞘和神經膜，分泌多種神經營養因子，如神經生長因子、睫狀神經營養因子、腦源性神經營養因子等。這些神經營養因子營養和保護受損神經元，促進軸突再生和出芽，維持神經元存活，促進神經突起的生長和功能性突觸形成。其次，雪旺細胞可以抑制膠質瘢痕形成，改善損傷脊髓局部微環境，從而減少脊髓再生障礙。雪旺細胞同時具有細胞橋接作用，為神經元爬行替代提供細胞支架，支持和引導軸突再生。雪旺細胞與其他細胞如骨髓間充質干細胞聯合移植，在體內存活良好，誘導軸突在宿主內有較長距離的再生，協同促進損傷脊髓恢復，比單一細胞移植療效更佳。

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嗅鞘細胞(olfactory ensheathing cells，OECs)

嗅鞘細胞是一種存在于嗅覺系統中的特殊類型的膠質細胞，它起源于嗅基底膜，分布在嗅球的第一、二層，嗅神經和嗅中樞。在嗅球內，它是唯一接觸和包被嗅神經軸突的膠質細胞。在整個中樞神經系統通路中，它包被嗅神經軸突以防止軸突與其它中樞神經系統細胞接觸。嗅鞘細胞不同于星形膠質細胞，但同時具有星形膠質細胞和雪旺細胞的特點，并遷徙于周圍神經系統和中樞神經系統中，是目前發現的唯一一種在成熟階段還具有生長能力的神經膠質細胞。嗅鞘細胞修復SCI的作用機制可能表現在以下幾個方面：(1)嗅鞘細胞分泌的多種神經營養因子，如神經成長因子、腦源性神經生長因子、神經營養素、睫狀神經營養因子等為神經軸突的再生建立了良好的內在環境，有助于損傷軸突的伸長、生長。(2)嗅鞘細胞可以抑制阻礙軸突生長的膠質瘢痕的生成，間接促進軸突再生。(3)嗅鞘細胞所形成的支架橋梁——神經膠質橋，能夠穿越再生軸突無法通過的膠質瘢痕，達到相應的靶點，恢復損傷的神經功能。這一特性在被移植入脊髓后仍然存在，又為嗅鞘細胞移植治療脊髓損傷提供了更進一步的可能。

綜上所述，細胞移植研究為脊髓損傷開辟了全新的治療思路，具有重大的理論意義和臨床價值。作為未來治療脊髓損傷的重要手段，國內外大量研究證明細胞移植是最有前景的治療脊髓損傷的方法之一，并在動物實驗中取得了較好的效果，有很好的臨床應用前景。但目前仍有很多障礙無法回避，包括細胞的來源及其生長、分化的調控機制不甚明了。倫理學問題，移植細胞的成瘤性問題，移植排斥問題等等，都需要通過進一步的研究加以解決。針對細胞移植研究中的種種難題。仍需要科學家們不斷探索。相信隨著進一步的研究脊髓損傷治療的效果能夠取得更大的突破。