王延民，胡群亮

(天津市北辰醫(yī)院腦系科，天津 300400)

干細(xì)胞研究已成為21世紀(jì)國際生命科學(xué)研究中最具發(fā)展?jié)摿Φ姆较蛑?，?yīng)用于人體細(xì)胞的替代治療，具有治愈各類疾病的潛能。干細(xì)胞是一種具有再生各種組織器官潛能的組織細(xì)胞，而間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是成體干細(xì)胞的重要成員之一，是一類具有自我更新和多向分化潛能的符合干細(xì)胞特征的多能干細(xì)胞，存在于骨髓、臍血、臍帶、全身結(jié)締組織以及器官間質(zhì)等組織中，來源廣泛、獲取容易、免疫原性低，治療過程無需配型[1-3]。MSCs具有高度的自我更新能力和多向分化潛能，在體外擴(kuò)增迅速，可在較短時間內(nèi)獲得較大的細(xì)胞數(shù)量，滿足臨床治療需求，且在臨床治療中操作相對簡單[4-6]。絕大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病原因為神經(jīng)元的損害和(或)死亡，如顱腦創(chuàng)傷、腦卒中、神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)變性性疾病等[7-11]。神經(jīng)細(xì)胞及時有效補(bǔ)充對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的防治至關(guān)重要，MSCs具有定向分化成神經(jīng)細(xì)胞的潛能，從而補(bǔ)充受損的病變細(xì)胞，提高神經(jīng)學(xué)功能，改善患者的生存狀態(tài)[12-13]。現(xiàn)就MSCs在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 MSCs與腦血管病

目前，心腦血管疾病是人類第二大致死性疾病，缺乏有效的治療手段，其發(fā)病后通常導(dǎo)致偏癱、失明、失語等，嚴(yán)重威脅患者的健康和生活質(zhì)量。通常認(rèn)為神經(jīng)細(xì)胞為不可再生細(xì)胞，隨著干細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展，研究證實，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在多個神經(jīng)干細(xì)胞，具有分化成神經(jīng)組織細(xì)胞的潛能，并能在特定的條件下激活、遷移、歸巢至損傷區(qū)域，實現(xiàn)神經(jīng)再生[14]。研究證實，將MSCs移植到腦缺血或出血動物中，動物神經(jīng)功能顯著改善，表明MSCs可有效地促進(jìn)腦血管疾病神經(jīng)損傷的修復(fù)[14-15]。

在大鼠模型上，將臍帶提取的MSCs植入腦組織的缺血區(qū)域和腦出血周圍區(qū)域，血管密度顯著升高，提示MSCs可以在腦內(nèi)存活，并促進(jìn)血管的再生重建，可能是MSCs治療腦血管疾病的機(jī)制之一[16-17]；而在骨髓源MSCs和脂肪來源的MSCs同樣可以復(fù)制上述結(jié)果，并證明MSCs具有成血管的能力，利用MSCs分泌因子和(或)外泌體亦能重復(fù)該研究[18-19]。目前，多數(shù)研究認(rèn)為，MSCs移植治療腦血管病的動物模型中，MSCs直接分化為神經(jīng)細(xì)胞的概率通常低于3%[19-20]。利用MSCs細(xì)胞本身的細(xì)胞替代作用實現(xiàn)治療效果，而利用細(xì)胞分泌的活性物質(zhì)、外泌體等亦具有治療效果，因此，目前多不認(rèn)為MSCs是以細(xì)胞替代的方式促進(jìn)腦血管病后神經(jīng)功能的恢復(fù)，但確定的是MSCs本身或其代謝產(chǎn)品的治療效果得到證實。

多種因素(產(chǎn)道擠壓、外傷、產(chǎn)程過長、圍生期窒息等)可導(dǎo)致新生兒腦損傷，其中缺血缺氧性腦病是新生兒腦癱的最常見病因。新生兒腦癱可遺留永久性腦損害，如癱瘓、癲癇、智力低下、視聽障礙、語言障礙等，給社會和家庭帶來了極大的負(fù)擔(dān)[20]。目前對腦癱的治療尚無特效藥，臨床上主要是對癥支持治療以及后期的康復(fù)訓(xùn)練，整體治療效果較差。神經(jīng)組織或細(xì)胞移植為神經(jīng)功能的恢復(fù)提供了新的希望，在最初的研究中采用胎腦或細(xì)胞作為供體，因為胎腦具有抗原性低以及可進(jìn)行無氧代謝的特性，移植后易于存活，并與宿主腦組織整合，但是胎腦要求點對點移植，否則不能形成有效的纖維投射，且胎腦的獲取有限，尚有倫理限制難以推廣，近年來人們致力于尋找其他供體[20-21]。因MSCs具有多向分化的潛能、造血支持、促進(jìn)干細(xì)胞的植入、免疫調(diào)控等特點而備受關(guān)注，成為腦癱治療的“明星細(xì)胞”之一。

研究發(fā)現(xiàn)，MSCs可通過新生大鼠血腦屏障進(jìn)入腦實質(zhì)，并向腦損傷的部位聚集，14 d內(nèi)定居腦實質(zhì)，超過28 d分化為神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞；實驗動物行為學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，痙攣性癱瘓顯著減輕，步態(tài)改善，但不能改變形態(tài)學(xué)損傷的嚴(yán)重程度[5,20]。對于臨床研究方面，不少研究團(tuán)隊亦證實，MSCs移植可顯著改善腦癱患者神經(jīng)功能，且回顧性研究顯示，年齡越低的患兒治療效果越顯著[20-21]；另有文獻(xiàn)報道，臍帶源MSCs可作為優(yōu)良的“種子細(xì)胞”用于腦癱患兒的治療，經(jīng)過鞘內(nèi)注射和(或)靜脈輸注臍帶MSCs，患兒的粗大運動功能以及腦電圖等均顯著改善[20-23]。干細(xì)胞治療是腦癱的治療方法之一，也是治療腦癱的研究方向之一，目前在臨床研究和實驗研究方面取得了令人矚目的成績，為腦癱患者帶來了新的希望。

2 MSCs與神經(jīng)變性疾病

神經(jīng)變性疾病是一類以神經(jīng)細(xì)胞變性或凋亡為特征的慢性神經(jīng)系統(tǒng)的疑難雜癥，包括肌萎縮側(cè)索硬化癥、帕金森病、阿爾茨海默病等[23-26]。干細(xì)胞替代療法有望徹底治愈神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病。體外培養(yǎng)的胚胎干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞分化為可移植于體內(nèi)的具有電生理活性，并能支配肌管運動的神經(jīng)細(xì)胞，實現(xiàn)病變細(xì)胞的替代，有望成為治愈神經(jīng)變性疾病的手段之一[19-22]。在運動神經(jīng)元缺失的大鼠脊髓內(nèi)，移植的神經(jīng)干細(xì)胞能分化為運動神經(jīng)元，并支配骨骼肌的運動，且較移植前各項評價指標(biāo)顯著改善[27]。另有研究證實，干細(xì)胞通過釋放神經(jīng)生長因子及重建運動神經(jīng)元微環(huán)境等機(jī)制保護(hù)受損的神經(jīng)細(xì)胞，從而延緩疾病的進(jìn)展，這種干細(xì)胞的保護(hù)性治療、替代性治療以及“偽旁觀者效應(yīng)”具有實際意義[27-29]。

近年來干細(xì)胞的研究為神經(jīng)修復(fù)和再生提供了一條新的途徑，是神經(jīng)變性疾病治療的有效方法之一。由于倫理學(xué)限制和移植后排斥的問題，胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用受到了極大的限制，因此尋神經(jīng)干細(xì)胞的替代細(xì)胞成為目前研究的熱點。MSCs治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病是安全和有效的，MSCs在治療神經(jīng)變性疾病中逐漸顯示出治療的優(yōu)勢和臨床價值，是一種行之有效且安全性高的治療手段，具有巨大的臨床應(yīng)用潛力。但目前仍有許多關(guān)鍵問題需要解決，如“種子細(xì)胞”種類的選擇、最佳的移植部位、細(xì)胞的誘導(dǎo)和分化、不良反應(yīng)及對策以及遠(yuǎn)期的安全性評價等。人臍帶MSCs具有干細(xì)胞的特征，具有多強(qiáng)分化的潛質(zhì)，在一定的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)下可分化為神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)元，同時來源廣泛、免疫原性低、無倫理限制、培養(yǎng)擴(kuò)增簡單，是治療神經(jīng)變性疾病的首選之一，具有廣闊的應(yīng)用前景[30-31]。

3 MSCs與神經(jīng)損傷性疾病

近年來脊髓損傷和顱腦創(chuàng)傷的發(fā)病率逐年上升，傳統(tǒng)的治療措施為手術(shù)與神經(jīng)營養(yǎng)和康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合，對患者的康復(fù)有一定的治療作用。而干細(xì)胞治療除運動功能、感覺功能有相當(dāng)?shù)母纳仆猓颊吆瓜俜置谡系K、直立性低血壓亦得到緩解，這些治療效果是傳統(tǒng)的治療方法所不能實現(xiàn)的，因此細(xì)胞治療在神經(jīng)損傷性疾病的治療中有著獨特的優(yōu)勢。MSCs來源豐富、獲取簡單、增殖快、干性強(qiáng)，經(jīng)誘導(dǎo)可分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞[25-29，31]，現(xiàn)已經(jīng)成為神經(jīng)干細(xì)胞移植治療神經(jīng)損傷策略中的“明星細(xì)胞”和“種子細(xì)胞”。

對于神經(jīng)損傷性疾病細(xì)胞移植時間窗的選擇，通常認(rèn)為創(chuàng)傷急性期患者體征相對波動、細(xì)胞代謝和離子平衡紊亂、機(jī)體內(nèi)環(huán)境相對不穩(wěn)定，處于“激惹期”和“熱反應(yīng)期”，外源性細(xì)胞的植入易引起排斥反應(yīng)，此時進(jìn)行移植不良反應(yīng)顯著增多。通常認(rèn)為，在神經(jīng)損傷后1周內(nèi)損傷周圍微環(huán)境存在大量的自由基和炎癥介質(zhì)，不適合移植后細(xì)胞的存活，而損傷晚期(2周后)，由于膠質(zhì)細(xì)胞增生和膠質(zhì)瘢痕的形成不利于移植細(xì)胞的存活以及再生軸突與宿主細(xì)胞的整合，因此在損傷后1～2周內(nèi)為移植最佳時期[30-31]。對于體內(nèi)存在長期感染的患者以及處于高敏狀態(tài)的患者，建議感染控制后再行細(xì)胞移植術(shù)。MSCs移植具有提高軸突再生的能力，抑制脫髓鞘，并促進(jìn)髓鞘再生和損傷的神經(jīng)細(xì)胞恢復(fù)。MSCs移植治療神經(jīng)損傷性疾病的機(jī)制包括損傷細(xì)胞的替代性治療、旁分泌或自分泌多種神經(jīng)生長因子、神經(jīng)軸突的再生、神經(jīng)環(huán)路的重建、移植細(xì)胞和宿主細(xì)胞的整合、阻止和減輕損傷處膠質(zhì)瘢痕的形成等[22-23，30-31]。研究證實，MSCs可以在宿主體內(nèi)存活并分化為具有神經(jīng)細(xì)胞特征的細(xì)胞，實現(xiàn)損傷細(xì)胞的替代，從而為神經(jīng)功能的再建奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[26-28,30-31]。部分研究認(rèn)為，神經(jīng)損傷后干細(xì)胞的治療原理在于移植細(xì)胞所分泌的多種神經(jīng)生長因子(神經(jīng)生長因子、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)生長因子、腦源性神經(jīng)生長因子等)，這些物質(zhì)可以改善損傷區(qū)域的局部微環(huán)境，從而為移植細(xì)胞的存活創(chuàng)造良好的環(huán)境基礎(chǔ)，并為軸突的再生以及移植細(xì)胞與宿主細(xì)胞整合創(chuàng)造良好的窗口期[20，31]。另外，創(chuàng)傷后出現(xiàn)癲癇的患者如果近期有發(fā)作建議謹(jǐn)慎行干細(xì)胞移植手術(shù)，因移植后會提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，加重原有的癲癇癥狀。干細(xì)胞治療后最先改善的多為自主神經(jīng)功能，患者可表現(xiàn)為失眠、多汗、四肢潮熱、小便增多等癥狀，一般在術(shù)后2周左右自行緩解。

目前，對于神經(jīng)創(chuàng)傷性疾病的干細(xì)胞治療已經(jīng)取得了較為肯定的結(jié)果，如何提高干細(xì)胞的治療效果、降低移植的風(fēng)險以及干細(xì)胞具體的作用機(jī)制是后續(xù)研究的重點[20]。干細(xì)胞治療為更好地救治神經(jīng)損傷的患者提供了新的理念，通過干細(xì)胞修復(fù)損傷的神經(jīng)組織，既要恢復(fù)損傷的神經(jīng)，又要重建神經(jīng)功能。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，干細(xì)胞移植的方法將會更加精細(xì)、高效、微創(chuàng)。

4 MSCs與血管新生

血管性疾病是全球范圍內(nèi)的“頭號殺手”。促進(jìn)缺血組織生成新生的血管就是改善患者血供，即治療性血管再生。從研究角度無論是基因和蛋白水平，還是細(xì)胞水平，均可實現(xiàn)治療性血管再生這一目標(biāo)。但值得一提的是，在動物模型中同樣證實，導(dǎo)入外源性血管內(nèi)皮生長因子可促進(jìn)缺血組織再生側(cè)支循環(huán)的血管，但在臨床應(yīng)用中并未復(fù)制到動物實驗的效果[13,18,20]。另外，外源性基因和生長因子的導(dǎo)入對人體是否存在潛在的危害，是否會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生尚無定論，存在安全隱患和不良事件發(fā)生的風(fēng)險[20,26]。隨著干細(xì)胞技術(shù)的快速發(fā)展，這一技術(shù)將逐漸地被應(yīng)用于血管再生。體外實驗證明，MSCs可分化為內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，同時在動物實驗亦得到證實，骨髓源MSCs能促進(jìn)血管新生[20，31]。

5 小 結(jié)

MSCs在多種疾病的治療中逐漸顯現(xiàn)出獨特的治療優(yōu)勢，被廣大的醫(yī)務(wù)人員及患者寄予厚望。MSCs參與造血、免疫功能調(diào)節(jié)、血管新生等，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，是組織工程領(lǐng)域首選的“種子細(xì)胞”，亦是移植領(lǐng)域和自身免疫性疾病治療的“明星細(xì)胞”。隨著對MSCs基礎(chǔ)研究的不斷深入，MSCs無疑為治療疑難雜癥和處理棘手的神經(jīng)系統(tǒng)疾病打開了一扇新的大門，同時MSCs將為更多難治性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療帶來新的希望。研究者應(yīng)將MSCs與基因修飾技術(shù)有機(jī)結(jié)合，規(guī)范科學(xué)地利用干細(xì)胞技術(shù)，最大限度地發(fā)揮干細(xì)胞治療的優(yōu)勢，使干細(xì)胞技術(shù)最大限度地惠及需要治療的患者。