脊髓損傷綜述

1、綜述骨髓基質(zhì)細胞移植修復(fù)脊髓損傷研究進展脊髓損傷(spinal cord injury, SCI)是脊柱損傷的嚴重并發(fā)癥,其治療 一直是臨床工作中困擾人們的難題。據(jù)我國國家生產(chǎn)安全委員會的初 步統(tǒng)計，我國每年因生產(chǎn)事故所造成的SCI患者就達56萬人，因交通事 故造成的SCI患者更多達78萬人。據(jù)估計，我國SCI患者已達百萬1。 因此，對SCI的治療研究具有極其重要的意義和價值，然而國內(nèi)外治 療SCI的藥物和外科手術(shù)均未取得令人滿意的臨床療效，給患者、家庭 和社會帶來巨大的負擔(dān)。近年來隨著基礎(chǔ)研究的發(fā)展，許多新方法、 新策略已經(jīng)開始用于脊髓損傷修復(fù)。骨髓基質(zhì)細胞(marrow stromal c

2、ells，MSCs)是一種骨髓中存在的 非造血實質(zhì)干細胞，它不僅能分化成中胚層的成骨細胞、軟骨細胞、 脂肪細胞等，還有向神經(jīng)外胚層細胞分化的能力，在一定條件下體外 培養(yǎng)、擴增還可被誘導(dǎo)分化成為神經(jīng)細胞樣細胞和膠質(zhì)細胞樣細胞， 于是又稱其為間充質(zhì)干細胞。動物實驗表明：1、骨髓基質(zhì)細胞可在 脊髓全橫斷處存活，向兩端遷移，神經(jīng)元特性性烯醇化酶(neuron specific enolase,NSE)、膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acid protein,GFAP)免疫組織化學(xué)顯示:部分移植細胞呈NSE、GFAP陽性， 且NSE陽性數(shù)GFAP陽性數(shù)，表明骨髓基質(zhì)細胞可在損傷處分

3、化為神經(jīng) 元及膠質(zhì)細胞。3、神經(jīng)絲蛋白(neurofilament,NF)免疫組織化學(xué)顯 示:實驗組可見連續(xù)、束狀的NF陽性纖維長入并通過移植區(qū)，而對照組 NF陽性纖維呈點狀或串珠狀，表明移植骨髓基質(zhì)細胞有利于神經(jīng)纖維 的再生及通過脊髓損傷處2。動物實驗研究取得令人欣喜的結(jié)果，但 用于臨床治療尚處于探索階段。研究MSCs移植在SCI中的作用機制 能夠為臨床治療提供更準確可靠的方案，本文擬對此研究進展作一綜 述。1骨髓基質(zhì)細胞的生物學(xué)特征1.1骨髓基質(zhì)細胞體外培養(yǎng)、增殖體外培養(yǎng)的MSCs不僅在形態(tài)上與 神經(jīng)元相似，而且表達神經(jīng)細胞特異性蛋白，為MSCs的體內(nèi)移植奠 定了實驗基礎(chǔ)。Kamishim

4、a等3報道，犬BMSCs在無血清培養(yǎng)基中形 成球形細胞團，在形態(tài)和表型上與神經(jīng)球相似，并表達神經(jīng)細胞(ss Capital SHA，Cylillin-tubulin)和膠質(zhì)細胞(GFAP，A2B5 和CNPase) 的標志物，提示犬的MSCs可被誘導(dǎo)分化成為具有神經(jīng)祖細胞特征的 細胞。骨髓基質(zhì)細胞在體外培養(yǎng)時有較強的增殖能力，并且擴增后的 細胞能保持原有細胞正常的核型和端粒酶活性。1-2骨髓基質(zhì)細胞的表面標志物及其鑒定骨髓基質(zhì)細胞不具備典 型的形態(tài)特征，從蛋白表達水平上也沒有獨特的已知表面標志物。目 前較公認的骨髓基層細胞標志是缺乏CD34, CD45和CD116等造血 干細胞標志、而表達CD

5、90, CD71及CD44等標志的細胞群。但仍存 在爭議，所以骨髓基質(zhì)細胞的鑒定仍是目前的難點之一。到目前為止, 鑒定神經(jīng)元的主要方法還是依據(jù)觀察細胞的形態(tài)和免疫組化染色。2、脊髓損傷修復(fù)的策略H. Okano等指出，脊髓神經(jīng)損傷修復(fù)重建策略可以歸納為兩點：（1） 激活內(nèi)源性神經(jīng)干細胞（2）細胞移植治療5。脊髓損傷的修復(fù)，修 復(fù)的目標不是損傷節(jié)段的神經(jīng)細胞，而是傳導(dǎo)中斷的長束及其遠端癱 瘓肢體的功能有所恢復(fù)，修復(fù)損傷脊髓的關(guān)鍵是提供軸突生長的通道， 這是因為促進軸突生長的諸多因子及抑制因素都已研究出來，軸突在 脊髓內(nèi)能夠生長，但生長的軸突并未能穿過斷端瘢痕到達遠端，獲得 運動功能恢復(fù)。在此條件

6、下，只有提供了軸突生長的通道，才能希望 修復(fù)損傷脊髓，在運動功能恢復(fù)上取得進展6?？梢?，對SCI的研 究目前主要集中于如何突破軸突再生的難題，這一研究的三個主要目 標是：（1）誘導(dǎo)并加強軸突的再生和延長；（2）引導(dǎo)再生的軸突與 靶器官再連接；（3）重建神經(jīng)通路。3、骨髓基質(zhì)細胞修復(fù)脊髓損傷的優(yōu)勢近年來骨髓基質(zhì)細胞越來越受到關(guān)注。由于骨髓基質(zhì)細胞可取自自體 骨髓，取材方便，簡單的骨髓穿刺即可獲得，接受治療的患者痛苦 小，并且來源于自體，由它誘導(dǎo)而來的組織在進行移植時不存在組 織配型及免疫排斥等問題，而且BMSCs在體內(nèi)及體外一定條件下可 定向分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞，并在體內(nèi)能像神經(jīng)干細胞一樣遷移

7、至 脊髓并進行整合7。因其具有取材方便，擴增迅速，多向分化，易與 脊髓組織整合等優(yōu)點故骨髓基質(zhì)細胞在研究脊髓損傷修復(fù)方面具有 強大優(yōu)勢。Himes等8用高流量方法擴增BMSCs后提純，并通過靜 脈注射方式將BMSCs植入脊髓損傷的小鼠體內(nèi)，2周后小鼠的BBB 評分明顯提高，溫度覺及行走功能明顯恢復(fù)。董鋒等9應(yīng)用大鼠 MSCs靜脈注射移植對脊髓損傷SCI后腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生 長因子表達的影響，結(jié)論顯示脊髓損傷后損傷脊髓局部的腦源性神 經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生長因子表達增加，這可能是促進大鼠神經(jīng)結(jié)構(gòu)及 神經(jīng)功能恢復(fù)的因素之一。細胞凋亡是SCI后功能缺失的重要原因 之一，骨髓細胞的移植可通過影響細

8、胞凋亡信號途徑而減少神經(jīng)細胞 凋亡，發(fā)揮神經(jīng)保護作用，Isele等10采用BMSCs條件培養(yǎng)基(conditionedmedium， CM)作用于胚胎鼠神經(jīng)元，免疫印跡分析顯 示CM能夠加強神經(jīng)元Erk 1 / 2和Akt的磷酸化作用，。Lu等11 將轉(zhuǎn)染腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain - derived neurotrophic factor， BDNF)基因的BMSCs移植后，BDNF過度表達并顯著增加宿主軸索的 生長范圍，增加5-HT能、藍斑脊髓傳導(dǎo)路徑以及后柱感覺神經(jīng)纖維 的生長。Ronsyn等12采用質(zhì)粒轉(zhuǎn)染方法建立了表達EGFP、NT-3和 NT3-EGFP的三個人BMSCs細胞(

9、hBMSC)系，移植給適度免疫抑制的 大鼠后發(fā)現(xiàn)，hBMSC-EGFP可長期存活達3周以上。移植后17d，各 時間點均能檢測到hBMSC-EGFP細胞表達EGFP基因及其蛋白，但未 能檢測到hBMSC-NT3細胞表達NT-3 mRNA和hBMSC-NT3-EGFP細胞表 達EGFP蛋白。hBMSC-NT3-EGFP細胞皮下移植或在體外培養(yǎng)2周后再 次移植，則EGFP蛋白表達增加。以上實驗表明基因修飾的BMSCs在 移植后可在脊髓內(nèi)存活，并可作為細胞載體表達轉(zhuǎn)染基因及蛋白，促 進軸索生長和功能恢復(fù)oShi等13將BMSCs在體外培養(yǎng)擴增并用BrdU 標記，采用鞘內(nèi)注射的方法分別于損傷后2h、24

10、h、48h移植到缺血 性脊髓損傷的兔體內(nèi)，實驗結(jié)果示鞘內(nèi)注射BMSCs能促進宿主脊髓的 血管再生，從而促進缺血性損傷脊髓的功能恢復(fù)。4、骨髓基質(zhì)細胞置入的最佳時機由于SCI后脊髓灰質(zhì)及白質(zhì)會相繼出現(xiàn)壞死、脊髓動脈栓塞、靜脈瘀 血、脊髓水腫等一系列病理反應(yīng),并且在24 h達到高峰，數(shù)天之內(nèi)損傷 脊髓處便可出現(xiàn)廣泛壞死,同時伴有大量巨噬細胞浸潤和嚴重的炎癥 反應(yīng),鈣通道障礙和病理性自由基增加,此時脊髓的病理環(huán)境不利于 BMSCs的存活和分化。而在損傷1214 d后，損傷脊髓內(nèi)可出現(xiàn)囊腫、 膠質(zhì)細胞大量增生、瘢痕形成，嚴重破壞了脊髓的完整性，阻礙神經(jīng)細 胞再生和通過，形成了阻礙神經(jīng)纖維再生的瘢痕組織

11、。因此，BMSCs 移植的最佳時間為SCI后第9 d左右，這時的微環(huán)境比較適合BMSCs的 生長和分化14, 15。5、骨髓基質(zhì)細胞移植后效果追蹤骨髓基質(zhì)細胞針對其所處的不同的外界環(huán)境會選擇性表達不同的形 態(tài)和表型，通過產(chǎn)生相關(guān)神經(jīng)因子來保護神經(jīng)元細胞，并通過延長軸 索來重建受傷的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)回路。使用光學(xué)成像技術(shù)，可以 在無創(chuàng)條件下追蹤移植入人體的的骨髓基質(zhì)細胞，在移植完成后8周 左右。功能顯像如正電子發(fā)射功能成像斷層掃描（PET）有評估BMSC 移植有效作用的潛能16。6、小結(jié)骨髓基質(zhì)細胞在一定條件下體外培養(yǎng)、擴增，定向分化為神經(jīng)元和膠 質(zhì)細胞，并在體內(nèi)能像神經(jīng)干細胞一樣遷移至脊髓并

12、進行整合，基因 修飾的骨髓基質(zhì)細胞在移植后可作為細胞載體表達轉(zhuǎn)染基因及蛋白， 促進軸索生長，另外骨髓基質(zhì)細胞還可以促進血管的生長，有利于損 傷個體的功能恢復(fù)，從而治療脊髓損傷。目前的研究雖取得了一定的 成果但大多數(shù)數(shù)據(jù)是從動物實驗中獲取的，臨床也僅僅處于實驗階段， 對其修復(fù)SCI的機制具體機制還是不明確。在骨髓基質(zhì)細胞的精確鑒 定、移植后功能恢復(fù)所需的細胞數(shù)量、如何保持移植后有足夠數(shù)量的 細胞存活等仍是目前的難點。參考文獻岳秀艷,史廷春.脊髓損傷治療方法及脊髓組織工程研究J.中國煤炭工業(yè)醫(yī) 學(xué)雜志，2008, 4: 596-599.丁鵬，馮忠堂,王廷華，董堅，楊智勇，趙楠，周杰.骨髓基質(zhì)細胞移

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