潘志鵬 李思成 湯 龍 姚黎清

昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)部，云南昆明 650101

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是一種高致殘率和高死亡率的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，直接或間接暴力損傷是發(fā)生SCI 的首要原因。據(jù)估計(jì)，全球每年25 萬～50 萬人罹患SCI，在我國SCI 患者中，男性高于女性，其中大部分是40～50 歲的重體力勞動(dòng)者[1]。近幾十年來，隨著交通工具的快速發(fā)展，SCI 的發(fā)病率維持高位并且呈現(xiàn)持續(xù)增高的趨勢(shì)[2]。隨著時(shí)間的推移，SCI 常導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙、褥瘡、肺炎等多種并發(fā)癥，不僅給患者帶來身心傷害，也給家庭和社會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。當(dāng)前對(duì)SCI 的治療早期主要采取手術(shù)減壓和藥物抗炎、鎮(zhèn)痛為主，后期以康復(fù)訓(xùn)練和日常護(hù)理為主要措施[3-4]。然而，在SCI 治療的大樣本臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中，這些方法存在著無法克服的缺點(diǎn)[5-6]。因此，尋找到治療SCI 安全、有效的措施，對(duì)改善患者生存質(zhì)量、家庭及社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)具有顯著意義，這也是當(dāng)前神經(jīng)病學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)之一。人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells，HUCMSCs）移植作為一種新型的生物療法，為SCI 的治療指引了新思路和新方向。研究顯示，HUCMSCs 能對(duì)神經(jīng)組織產(chǎn)生修復(fù)和再生的作用[7]。有研究表明，HUCMSCs 能在SCI 的繼發(fā)性損傷期，通過激活神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和調(diào)節(jié)炎癥因子來發(fā)揮修復(fù)、鎮(zhèn)痛及促進(jìn)功能恢復(fù)的作用[8]。且有研究表明，HUCMSCs 外泌體能在脊髓損傷區(qū)域通過減少炎癥因子的分泌來控制炎癥，幫助損傷脊髓的修復(fù)[9]。此外，HUCMSCs 可聯(lián)合高分子生物材料通過NUR77/NF-κB 信號(hào)通路減少促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生來減輕神經(jīng)炎癥，改善SCI 的預(yù)后[10]?？偠灾罅康难芯孔C實(shí)HUCMSCs 與SCI 的治療與修復(fù)有著密切關(guān)系，本文將圍繞HUCMSCs 在SCI 應(yīng)用中的最新研究進(jìn)展，系統(tǒng)地總結(jié)HUCMSCs 的特性及其在SCI 中潛在的神經(jīng)修復(fù)機(jī)制和應(yīng)用。

1 HUCMSCs

1.1 概論

HUCMSCs 是一種來源于胎兒遺棄臍帶的具備多分化及自我更新能力的全能干細(xì)胞。在適宜的環(huán)境刺激下，其能在體外大量增殖并分化為神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，并且分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子[11-14]。HUCMSCs 具有很強(qiáng)的遷徙和移植能力，還具備容易獲得和倫理爭(zhēng)議較少的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)使得HUCMSCs具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 特性

目前，HUCMSCs 被用于修復(fù)肝臟、胰島、腦神經(jīng)、肌肉、脊髓神經(jīng)等組織，主要是因?yàn)槠鋼碛幸韵绿匦訹15]。①誘導(dǎo)分化：HUCMSCs 可以通過特定的誘導(dǎo)，分化成脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞及神經(jīng)元細(xì)胞[16]。②旁分泌機(jī)制：HUCMSCs 可以通過旁分泌途徑分泌組織或細(xì)胞修復(fù)所需的各種生長因子及細(xì)胞因子，例如血管內(nèi)皮生長因子[17]、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子[18]和角質(zhì)形成細(xì)胞生長因子[19]。③歸巢特性：在SCI 部位表達(dá)的趨化因子的刺激下，HUCMSCs 會(huì)優(yōu)先遷移到炎癥部位，其中大部分遷移至膠質(zhì)瘢痕周圍，少量停滯在損傷處的頭端和尾端[20]。④免疫調(diào)節(jié)：HUCMSCs 自身細(xì)胞比較稚嫩，尚未發(fā)展出成熟的免疫系統(tǒng)，存在免疫排斥的現(xiàn)象較少。干細(xì)胞可以通過免疫反應(yīng)遷延到炎癥部位，促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞的激活并且下調(diào)炎癥因子的表達(dá)發(fā)揮免疫抑制和抗炎作用，將損傷處的炎癥反應(yīng)階段調(diào)整為免疫反應(yīng)階段[21-22]。⑤基因轉(zhuǎn)染：HUCMSCs 可能通過轉(zhuǎn)染微RNA 來調(diào)節(jié)靶向基因，進(jìn)而發(fā)揮抗炎、保護(hù)和修復(fù)受損組織的作用[23-24]。

2 HUCMSCs 治療SCI

目前在SCI 的治療中，相對(duì)于停留在生理功能層面的傳統(tǒng)方法，HUCMSCs 移植不僅涉及生理層面，還涉及到該病的病理生理層面。迄今為止，HUCMSCs 移植治療SCI 的機(jī)制尚未完全闡明，而最為研究者們認(rèn)可的HUCMSCs 修復(fù)特性的可能機(jī)制是分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子、提供新生神經(jīng)元、重塑脊髓功能和再髓鞘化。

2.1 提供神經(jīng)營養(yǎng)因子

損傷的脊髓在慢性期恢復(fù)較慢的主要原因是缺乏足夠的神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)生長因子[25]。Chudickova 等[26]對(duì)HUCMSCs 的外泌體進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，結(jié)果顯示其外泌體中含有大量的肝細(xì)胞生長因子和少量的神經(jīng)生長因子，如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、腦源性神經(jīng)生長因子、角質(zhì)形成細(xì)胞生長因子等，這些因子保護(hù)神經(jīng)并促進(jìn)了受損脊髓的修復(fù)。Hu 等[27]的體內(nèi)研究首次證實(shí)，HUCMSCs 可在SCI 大鼠模型中分泌大量膠質(zhì)神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子-3，且不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。HUCMSCs 移植可通過旁分泌和自身分泌機(jī)制產(chǎn)生神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)生長因子等治療SCI。這些細(xì)胞因子促進(jìn)血管生成、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，并為軸突再生提供了合適的微環(huán)境，是軸突和神經(jīng)元再生的前提。

2.2 新生神經(jīng)元

目前，關(guān)于HUCMSCs 向神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的情況存在爭(zhēng)議。Yang 等[28]證實(shí)了未經(jīng)處理的HUCMSCs 不能轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元。Zhao 等[29]的研究顯示，HUCMSCs 在體內(nèi)至少能存活5 周，并可分化為神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞和星型膠質(zhì)細(xì)胞。Yan-Wu 等[30]的研究將HUCMSCs在體外誘導(dǎo)分化為與施萬細(xì)胞在形態(tài)、表型和功能上具有高度相似性的神經(jīng)干細(xì)胞，并移植入SCI 大鼠模型，顯示出部分治療效果。最近，Yao 等[31]的研究報(bào)道了HUCMSCs 移植在SCI 治療中可顯著上調(diào)新生神經(jīng)元標(biāo)記蛋白NeuN 和β-Ⅲ微管蛋白的表達(dá)。綜上所述，HUCMSCs 可在一定的誘導(dǎo)分化條件下，分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)揮和促進(jìn)內(nèi)源性干細(xì)胞替代和提供新的神經(jīng)元的作用，進(jìn)而形成新的突觸聯(lián)系。

2.3 再髓鞘化

在SCI 的病理發(fā)展過程中，損傷周圍區(qū)域殘存的軸突和白質(zhì)會(huì)發(fā)生緩慢的進(jìn)行性脫髓鞘改變[32]。Bao 等[33]的研究顯示，HUCMSCs 不僅可以支持周圍神經(jīng)系統(tǒng)的軸突再生，還能促進(jìn)受損中樞系統(tǒng)的軸突再生和髓鞘的重建。Liao 等[34]的研究結(jié)果顯示，HUCMSCs通過增加髓鞘堿性蛋白和髓磷脂酶，減少神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡來抑制脫髓鞘改變。最近的研究顯示，HUCMSCs 可能促進(jìn)了白質(zhì)區(qū)域的再髓鞘化、軸突再生或保護(hù)了有髓神經(jīng)纖維的存活[35]。綜上，HUCMSCs 的潛在機(jī)制是抑制脫髓鞘改變并使脫髓鞘的軸索再髓鞘化，恢復(fù)有髓神經(jīng)的信號(hào)傳導(dǎo)通路。

2.4 功能重塑

Yao 等[36]通過分級(jí)排列的纖維蛋白水凝膠模擬了神經(jīng)組織的柔軟和定向特性，類似于神經(jīng)元中繼站，為HUCMSCs 提供了生物-物理線索，指引干細(xì)胞縱向快速遷移、神經(jīng)源性分化，加快軸突側(cè)枝的生長。該研究還發(fā)現(xiàn)，HUCMSCs 在高分子材料的刺激下，可以觸發(fā)自身和內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞侵襲、對(duì)齊和神經(jīng)分化，在體內(nèi)外均形成對(duì)齊的細(xì)胞索。這些細(xì)胞索的形成，可以引導(dǎo)軸突的生長并橋接神經(jīng)殘端的近端和遠(yuǎn)端，重建神經(jīng)元間的突觸連接，通過間隙傳遞神經(jīng)元信號(hào)并促進(jìn)功能恢復(fù)。總之，HUCMSCs 結(jié)合生物材料支架技術(shù)引導(dǎo)軸突發(fā)芽至靶點(diǎn)，連接SCI 兩個(gè)斷端，形成功能性突觸，重新搭建神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)通路，這正是中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能重塑的方式。

3 HUCMSCs 治療SCI 的影響因素

在細(xì)胞移植過程中，影響HUCMSCs 在受損部位存活率的重要因素有移植細(xì)胞類型、途徑和移植的最佳時(shí)間窗等。盡管有大量研究評(píng)估了干細(xì)胞在受損部位的存活率，但迄今為止仍然存在爭(zhēng)議。

3.1 移植細(xì)胞途徑

目前，針對(duì)HUCMSCs 移植的途徑，許多文獻(xiàn)提出了不同觀點(diǎn)，主要包括局部、腰椎穿刺、靜脈途徑。雖然大量的研究顯示這3 種途徑均可改善SCI 后的功能恢復(fù)，但尚不確定何種途徑最優(yōu)、最適用于臨床應(yīng)用[16]。Vaquero 等[37]比較了局部途徑與靜脈途徑移植干細(xì)胞治療SCI，結(jié)果顯示局部途徑在移植效率和功能恢復(fù)方面表現(xiàn)較好。Li 等[38]的研究顯示，在SCI 的急性期采用股靜脈途徑移植HUCMSCs，HUCMSCs 改善了損傷區(qū)域的微環(huán)境，減少了SCI 的繼發(fā)性損傷并增加了神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)。但靜脈輸注具有局限性，據(jù)報(bào)道，在肺部腫瘤中有HUCMSCs 向骨細(xì)胞分化[39]，盡管并未在動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)這樣的情況，但并不能排除可能性[40]。近來，Yang 等[41]研究通過腰椎穿刺途徑向鞘內(nèi)注射HUCMSCs 治療亞急性SCI，結(jié)果顯示神經(jīng)元發(fā)生再生，為該方法的安全性和高效性提供了有力證據(jù)。局部途徑是通過打開椎板暴露脊髓，在局部損傷區(qū)域的頭端和尾端分別注射微量干細(xì)胞。這種方法能提高干細(xì)胞遷徒至損傷區(qū)的存活數(shù)目，但也會(huì)對(duì)脊髓造成二次損傷，破壞局部微環(huán)境，不利于干細(xì)胞的存活，導(dǎo)致療效降低。而腰椎穿刺途徑和靜脈途徑與局部途徑比較，有更易操作、創(chuàng)傷小等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了局部途徑的不足，但也存在干細(xì)胞遷延至損傷區(qū)域存活數(shù)目較少的問題?，F(xiàn)今哪種移植途徑更有利于干細(xì)胞在損傷區(qū)的存活和臨床應(yīng)用，有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這也是目前亟待解決的問題。

3.2 移植的最佳時(shí)期

關(guān)于移植的最佳時(shí)期臨床尚存爭(zhēng)議，不同的研究者采取的策略也有所不同。一種觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)在繼發(fā)性損傷期之后移植干細(xì)胞，可避免HUCMSCs 對(duì)損傷脊髓局部的微環(huán)境產(chǎn)生干擾。Okano 等[42]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示，神經(jīng)干細(xì)胞移植治療的最佳時(shí)機(jī)是損傷后1～2 周。此外，Chen 等[43]的研究顯示，在SCI 的早期（1～2 周）移植HUCMSCs 沒有顯著的效果，研究者認(rèn)為這可能與SCI 的繼發(fā)性損傷有關(guān)。另外一種觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)在繼發(fā)性損傷期內(nèi)，通過改變損傷局部的微環(huán)境而發(fā)揮修復(fù)作用。這種理論的依據(jù)是，防止脊髓神經(jīng)元繼發(fā)性損傷的進(jìn)展是限制組織損傷和改善SCI 預(yù)后的最有效治療策略之一[39]。Li 等[38]的研究顯示，在SCI 的急性期，采用股靜脈移植途徑移植HUCMSCs 的效果較好。而Hu 等[27]的研究顯示，在發(fā)生SCI 后的24 h通過局部途徑于頭端、尾端進(jìn)行HUCMSCs 移植是成功的治療策略，但需要考慮慢性期SCI 帶來的干細(xì)胞排斥的問題。Liu 等[44]的臨床研究顯示，患者在SCI 慢性期內(nèi)接受干細(xì)胞移植治療仍有一定的效果，認(rèn)為移植的最佳時(shí)間不應(yīng)限制在損傷后兩周內(nèi)。因此，移植的最佳時(shí)間不應(yīng)限制在具體范圍內(nèi)，而是應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和具體事項(xiàng)，采取相應(yīng)的治療措施和時(shí)間窗。

4 總結(jié)與展望

本文總結(jié)了HUCMSCs 的生物特性及其治療機(jī)制，這些機(jī)制最終通過生物信號(hào)途徑促進(jìn)脊髓功能修復(fù)?？偠灾壳霸絹碓蕉嗟难芯繑?shù)據(jù)表明，HUCMSCs治療SCI 是一種很有前途的治療策略。HUCMSCs 治療SCI 的修復(fù)效果得到了廣泛認(rèn)可。但是，該治療的分子機(jī)制尚未完全掌握，調(diào)控分化技術(shù)尚未成熟。另外，HUCMSCs 移植到動(dòng)物或人體內(nèi)有無免疫排斥及其是否具有成熟神經(jīng)元的全部特征尚不能確定。針對(duì)HUCMSCs 治療SCI 的最佳途徑和時(shí)間點(diǎn)的選擇尚未形成一致的專家共識(shí)，需進(jìn)一步證實(shí)。

無論如何，應(yīng)用HUCMSCs 治療SCI 在神經(jīng)科學(xué)中具有開創(chuàng)性的意義。隨著研究者們對(duì)HUCMSCs 制備、擴(kuò)增和移植等方面的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)與了解，掌握了HUCMSCs 的種種性質(zhì)，為臨床治療提供了依據(jù)。HUCMSCs 在SCI 中有著巨大的臨床價(jià)值，探索HUCMSCs結(jié)合生物材料支架、外泌體、神經(jīng)細(xì)胞、生長因子和藥物等組合策略治療SCI 是未來的研究熱點(diǎn)和方向。