神經干細胞與腦梗死康復的研究現狀

1、神經干細胞與腦梗死康復的研究現狀【摘要】近年來的研究證實,成年中樞神經系統(tǒng)內廣泛分布著神經干細胞(nsc)，海馬齒狀回顆粒下層和側腦室下區(qū)是成體大腦內源性nsc存在的主要腦區(qū)。nsc正常情況下處于靜息狀態(tài)，當大腦受到損傷或出現某些病理性變化時會被激活，分化為成熟的神經細胞，修復受損的神經功能?？梢酝ㄟ^某些手段(如康復訓練、豐富環(huán)境、局部應用外源性神經生長因子)激活自身干細胞或移植干細胞(包括nsc移植和非nsc移植)治療腦梗死。 【關鍵詞】神經干細胞;腦梗死;豐富環(huán)境;移植腦梗死是神經科最常見的疾患，盡管其診斷及治療技術在過去的幾十年中有了很大的提高，但治療效果仍然不盡如人意。以往人們認為神經

2、細胞是不可再生的，但多年來對神經營養(yǎng)因子( neuro tro phic factor , ntf) 及神經干細胞( neural stem cell, nsc) 的研究使人確信：包括人類在內的哺乳動物，在一定條件下神經細胞是可以再生的，新生的神經元可以修復中樞神經系統(tǒng)損傷。因此，nsc 治療現已成為治療神經系統(tǒng)疾病最有價值的潛在治療手段。現將利用nsc治療腦缺血的策略介紹如下： nsc治療腦缺血主要有兩個途徑：一是通過某些手段激活自身干細胞，放大其治療作用，達到自身修復的目的；另一途徑是移植nsc，這樣可以獲得大量的干細胞，但來源困難，且存在社會倫理學限制和免疫排斥反應。 1康復訓練 在腦血

3、管病患者發(fā)病早期進行及時、有效的康復訓練是提高患者生活質量、減少殘疾、最大限度回歸社會的一個重要措施。李玲等的研究結果顯示：大鼠腦梗死24h 后每日給予平衡、旋轉、行走等功能訓練，其神經功能的恢復較未進行康復訓練的大鼠明顯1，表明康復訓練在腦梗死后神經功能的恢復中發(fā)揮極其重要的作用。王衛(wèi)東等的研究顯示：缺血性腦損傷后6至24 d 時間窗內，海馬齒狀回神經前體細胞的增殖水平明顯上調，而腦梗死大鼠經康復訓練后，齒狀回神經前體細胞的增殖水平則進一步升高2。由于這些神經前體細胞絕大部分最終發(fā)育為成熟的神經元, 并移行到顆粒細胞層與周圍的神經元進行整合，參與缺血性腦損傷后記憶功能的恢復3因此，缺血性腦損

4、傷后進行康復訓練所顯示的神經功能恢復水平的提高，與包括海馬齒狀回在內的大腦多個部位的神經前體細胞增殖水平上調有關。周曉琳等的研究顯示：局灶性腦缺血損傷后康復訓練組在腦梗死后7 d、1 4 d 和21 d 各時間點海馬區(qū)nsc 數量均高于相同時間點的未接受康復訓練組，表明局灶性腦缺血損傷后，康復訓練可以提高內源性nsc 的增殖水平4。局灶性腦缺血損傷后，康復訓練可以提高內源性nsc 增殖水平，其機制還不清楚，可能通過以下幾種途徑促進缺血性腦損傷后齒狀回神經前體細胞增殖：激發(fā)缺血性腦損傷后海馬區(qū)神經生長因子、腦源性神經營養(yǎng)因子、轉化生長因子、堿性成纖維生長因子等的釋放；促進、誘導腦內dna 的合成

5、，激發(fā)細胞的有絲分裂；通過促進腦內血液循環(huán)，影響缺血性腦損傷后海馬區(qū)興奮性氨基酸受體、5羥色胺作用通路中谷氨酸和5羥色胺的代謝。 2 豐富環(huán)境( enriched env ir onment) 1947 年，美國人hebb 提出豐富環(huán)境的概念，這一模式被廣泛用來研究環(huán)境對腦功能的影響。已有研究證實，豐富環(huán)境對腦發(fā)育和腦損傷修復具有顯著的促進作用。1978 年，豐富環(huán)境首次被定義為：復雜的無生命物與社會刺激的復合體，即動物的飼養(yǎng)環(huán)境空間增大，內置物體豐富而新奇，成員較多，不僅提供了多感官刺激和運動的機會，而且賦予了相互間社交行為的可能。盡管對豐富環(huán)境的具體設置各有差異，但總的原則是要增加自發(fā)的體

6、力活動、社會性刺激及相互交往的機會5。研究表明，飼養(yǎng)于豐富環(huán)境的大鼠大腦皮質厚度、質量明顯增加，神經元胞體和胞核面積增大，樹突野增大，其側棘增多，突觸連接面變大，神經膠質細胞( 特別是少突膠質細胞) 的數量明顯增多，且生活在豐富環(huán)境中時間越長、環(huán)境越豐富、個體之間交往越多，上述改變越明顯， 受影響的皮質范圍越大。豐富環(huán)境可以改善大腦中動脈梗死后成年大鼠的機能。豐富環(huán)境雖然對梗死面積沒有影響，但可明顯改善運動行為和認知能力6。biernaskie 等的研究表明，在卒中后5 d 給予豐富環(huán)境是非常有效的，而且無論是卒中后14 d，還是卒中后30 d，接觸豐富環(huán)境都能進一步促進神經功能的恢復7。ya

7、suhiko 等的研究表明，與假手術組相比，mcao 誘發(fā)了同側和對側的齒狀回神經前體細胞的先是短暫性增加后是持續(xù)性降低的增殖，而神經母細胞的產生一直處于一個低于基線的水平8。與標準環(huán)境的大鼠相比，處在豐富環(huán)境下8 周的mcao 大鼠和假手術大鼠齒狀回的神經元分化和神經發(fā)生出現了增加的現象。與假手術組大鼠相比，豐富環(huán)境組大鼠mcao 后也在齒狀回恢復了一定數量的神經母細胞。此外，豐富環(huán)境組大鼠缺血半暗帶的神經核蛋白( neun) 陽性細胞密度增加，而在這個區(qū)域沒有發(fā)現新神經元。對于豐富環(huán)境的研究已經長達50 余年，豐富環(huán)境干預已經被證實是一種簡便有效的治療手段，對于延緩衰老、增進智力也有一定作

8、用。不過仍然有很多問題沒有解決，比如干預應該從什么時候開始，持續(xù)多久，何種干預最為安全有效，對于不同人群干預方式強度應該如何調整，過強的豐富環(huán)境刺激對機體有什么不利影響，如何避免這種不利影響。相信隨著這些問題的解決，豐富環(huán)境干預將會成為被廣泛接受的治療手段。 3ngf 近年來，人們嘗試在神經系統(tǒng)損傷局部應用某些激活因子, 以激活存在于損傷局部的nsc，誘導其分裂、增殖、分化為相應神經元或神經膠質細胞，重建、修復損傷的腦組織，擴充在卒中或其他神經疾病發(fā)病后用內源性nsc 治療的可能性。腦室內注射bdnf9或腦室區(qū)bdnf 基因的過度表達可以使成年大鼠嗅球、紋狀體、隔區(qū)、丘腦、下丘腦中的新生細胞數

9、目增加。體外培養(yǎng)顯示，骨髓間充質干細胞可表達bdnf和ngf，對nsc 凋亡有飽和作用。這些發(fā)現使bdnf在腦缺血后促進神經再生的可能性大大增加。但最近有相反的觀點，larsson 等發(fā)現，給全腦缺血大鼠的海馬內轉導攜帶bdnf基因的重組腺病毒，可促進神經細胞的分化，但未增加新生細胞的數目和延長新生細胞的生存時間。與svz 相比，成年的海馬齒狀回沒有固有的nsc，卻能使神經元和神經膠質細胞的前體細胞進行有限的自我更新，這與以上試驗結果不完全一致。促紅素( erythro poietin, epo) 可能是調節(jié)缺血后神經細胞再生的另一個重要因子。epo 產生是缺血 缺氧反應的一部分，同時， sv

10、z 可表達epo 受體。腦室內注射epo 可降低svz 中nsc 的數目，增加從svz 向嗅球遷移的新生神經元，增加嗅球的中間神經元；而腦室內注射epo 抗體可增加svz 中nsc 的數目， 減少從svz向嗅球遷移的新生神經元。 這項研究結果表明，epo 是自分泌旁分泌因子，能調節(jié)大腦nsc的產生。給梗死后2 d 或幾周的成年小鼠腦室內注入egf, 引起梗死側紋狀體新生細胞數目非常顯著的增長, 梗死后13 周，65%的新生細胞表達細小白蛋白，表明egf促進梗死側紋狀體內中間神經元的轉換。nakatomi 等的研究發(fā)現，在缺血性腦損傷后，向腦室內注入生長因子可促進內源性祖細胞的激活， 并觀察到其

11、增殖，隨后遷移入海馬重塑神經元，海馬區(qū)錐體神經元顯著增殖。進一步的研究顯示，新生的神經元整合入腦的環(huán)路，改善了神經功能缺損的癥狀。 4干細胞移植 從胚胎和成年腦內分離出nsc，在體外培養(yǎng)擴增后移植入缺血周圍區(qū)( 在體外采用血清預培養(yǎng)可使nsc聚球速度加快，促進nsc 增殖10)，利用其分化和遷徙特性，代替腦缺血后壞死的神經細胞，以恢復宿主中樞神經系統(tǒng)的正常結構和功能。1998 年，brust le 將人胚nsc 移植入大鼠側腦室，觀察到移植細胞在軸突、神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞等各個水平與宿主細胞廣泛整合。王力平等的實驗顯示，移植的nsc 在小鼠腦脊液中存活良好，并具有向局部腦實質內遷

12、移的能力。因此，可利用nsc 的生物學特性進行細胞替代和修復缺血所致細胞死亡引起的功能缺損?？赡艿母杉毎浦彩侄伟╪sc 移植和非nsc 移植，非nsc 移植主要指骨髓基質細胞( mar row stromal cell, m sc) 移植。toda 等將nsc 移植入短暫性全腦缺血模型大鼠海馬，發(fā)現有1% 3%的移植細胞存活，其中3% 9%的存活細胞表達神經元細胞核特異性抗原，即分化為神經元，改善了受損的空間認知能力( 通過水迷宮測試)。這表明nsc 移植入缺血大腦后能分化為神經元，并能改善空間認知能力。kon 等將人類nsc 于大腦梗死后24 h 由靜脈移植入大鼠體內，這些細胞結合到梗死

13、灶周圍，分化成神經元和星形膠質細胞，并存活到移植后56 d。這表明靜脈注入人類nsc 可以結合到梗死灶，并且能在腦梗死急性期內對內源性有絲分裂信號產生應答，分化為成熟神經細胞，代替死亡細胞。因為獲取大量的胚胎干細胞相對困難，研究人員開始將注意力轉向異種胚胎干細胞移植，如豬胚胎干細胞。dinsmor e 等發(fā)現，在鼠m cao 后的第3、7、14、2 8 天，將105 個豬胚胎干細胞注入鼠的紋狀體和頂葉皮質, 在移植后12 周，豬胚胎干細胞存活率超過80%，移植細胞轉化為神經元及神經膠質細胞，mcao 后第14 天，移植動物神經功能獲得顯著改善。msc 是存在于骨髓中的非造血干細胞，又稱間充質細

14、胞，在適宜的條件下可以分化為神經細胞。li 等將msc 直接注入mcao 大鼠紋狀體內，28 d 后觀察到msc 成活并向缺血區(qū)遷移了2. 2 mm，與mcao 而沒有移植msc 大鼠相比神經功能顯著改善, 表明m sc 能在受體腦內成活并遷移，能參與mcao 后神經功能的重建，表明msc 移植可能是自體移植治療許多種神經系統(tǒng)疾病的一個非常有用的手段。另外，shen 等在成年雄性大鼠腦梗死24 h 后，經頸內動脈注入2ml 106 個大鼠骨髓間質細胞或磷酸鹽緩沖液, 28 d 后處死,發(fā)現骨髓間質細胞治療組神經功能明顯恢復。骨髓間質細胞治療明顯增強缺血半暗帶皮質的血管發(fā)生,提高突觸素表達和ng

15、2 陽性細胞數目和密度,胼胝體的ki67( 是反應腫瘤增殖的標記物,在許多腫瘤的研究中顯示與預后有關) 陽性增殖細胞與少突膠質細胞的前體細胞也明顯增加,并且增強胼胝體在兩側大腦半球的聯(lián)系范圍,這表明骨髓間質細胞能促進梗死大腦皮質邊緣帶與胼胝體的軸突芽殖和髓鞘再生,這可能是骨髓間質細胞治療促進神經功能恢復的基礎。但利用ncs 移植治療腦梗死面臨諸多問題,如目前建立的nsc 系絕大多數來源于鼠,而鼠與人之間存在著明顯的種屬差異;nsc 的來源不足; 移植后的nsc 存活比例及遷移能力都很低; 分化成神經元的比例也很低,功能神經網絡不能形成; 不能精確控制移植細胞的遷徙和分化; 取材不易,靶點注射困難; 部分移植的nsc 發(fā)展成腦瘤; 利用胚胎干細胞代替nsc 存在著社會學及倫理學方面的問題等。 5問題與前景展望 腦梗死后,單純外源