仲文慶，俞興，楊永棟

脊髓損傷（spinal cord injury）可導(dǎo)致感覺和運(yùn)動(dòng)障礙，包括原發(fā)性和繼發(fā)性2 種。原發(fā)性脊髓損傷是由原始的機(jī)械創(chuàng)傷導(dǎo)致，繼發(fā)性脊髓損傷是指原發(fā)性損傷后由于血管損傷、炎癥、細(xì)胞凋亡和星形膠質(zhì)細(xì)胞活化[1,2]等導(dǎo)致的軸突損傷、血-脊髓屏障破壞[1,3]等改變。脊髓損傷后，內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞（endogenous neural stem cells，ENSCs）可被迅速招募到損傷部位并分化形成新的神經(jīng)細(xì)胞參與組織修復(fù)[4,5]，但其激活分化過(guò)程及在脊髓損傷修復(fù)中的作用機(jī)制尚不十分清楚。本文從脊髓損傷后脊髓ENSCs 的激活、增殖、分化及其在脊髓損傷修復(fù)中的潛在作用機(jī)制方面進(jìn)行綜述。

1 脊髓ENSCs來(lái)源

1.1 脊髓內(nèi)的增殖神經(jīng)細(xì)胞

在成年哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中，側(cè)腦室壁的室管膜下區(qū)、海馬齒狀回的顆粒下層以及脊髓中央管室管膜區(qū)存在著大量ENSCs[6]。脊髓內(nèi)增殖神經(jīng)細(xì)胞主要為反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞及室管膜細(xì)胞，其中只有室管膜細(xì)胞在體外培養(yǎng)可以形成神經(jīng)球，并具有多向分化能力[7,8]，表現(xiàn)出了潛在的干細(xì)胞特性。因此，室管膜細(xì)胞多被認(rèn)為是脊髓內(nèi)潛在的ENSCs。

1.2 室管膜細(xì)胞分布、形態(tài)及功能

室管膜細(xì)胞分布在脊髓中央管表面，大部分起源于腹側(cè)神經(jīng)上皮，一些起源于少突膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子2祖細(xì)胞、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞[9]。根據(jù)形態(tài)可分為立方狀室管膜細(xì)胞（數(shù)量最多）、放射狀室管膜細(xì)胞及室管膜伸展細(xì)胞[10]。放射狀室管膜細(xì)胞與室管膜伸展細(xì)胞是室管膜區(qū)主要的干細(xì)胞類型[11]，而大多數(shù)具有神經(jīng)干細(xì)胞特征的細(xì)胞位于背側(cè)室管膜區(qū)[12]。室管膜細(xì)胞通過(guò)活動(dòng)纖毛維持腦脊液的流動(dòng)，通過(guò)頂端細(xì)胞區(qū)側(cè)膜的緊密連接控制腦脊液的擴(kuò)散，通過(guò)黏附連接、封閉連接及縫隙連接與相鄰細(xì)胞進(jìn)行通信[13]。

2 脊髓室管膜區(qū)ENSCs激活與增殖

2.1 ENSCs激活

在正常的成年哺乳動(dòng)物脊髓中，室管膜細(xì)胞在生理狀態(tài)下增殖率低，無(wú)多能傾向，僅通過(guò)自我更新以維持室管膜細(xì)胞群[14]。在一定條件下，如脊髓損傷、微環(huán)境變化、電刺激等，這種通常靜止的細(xì)胞群可以被激活，向損傷部位遷移并分化為不同細(xì)胞[15,16]。

脊髓損傷后ENSCs即刻被激活[16]，之后微環(huán)境的系列變化對(duì)ENSCs 的激活也有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等可以通過(guò)調(diào)節(jié)Notch 信號(hào)通路、Wnt 信號(hào)通路、Ihh/Glil信號(hào)通路激活靜止態(tài)的ENSCs，參與調(diào)節(jié)神經(jīng)再生[17]。電刺激對(duì)脊髓損傷修復(fù)有積極作用。有研究表明，電場(chǎng)可以激活ENSCs，并促進(jìn)其分化，引導(dǎo)遷移至受損部分[18-20]。

2.2 ENSCs增殖

研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷3 d內(nèi)室管膜細(xì)胞大量增殖，并向損傷部位遷移，7～14 d 增殖能力開始下降[16]。研究還發(fā)現(xiàn)，損傷后3 d，ENSCs增殖能力較強(qiáng)，但向神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞分化的能力較弱，而7 d 時(shí)ENSCs 向神經(jīng)元及星形膠質(zhì)細(xì)胞分化的能力較強(qiáng)，但增殖能力較弱[21]。在不同打擊損傷強(qiáng)度下，室管膜細(xì)胞反應(yīng)的研究顯示，在一定程度內(nèi)，室管膜細(xì)胞增殖能力與脊髓損傷時(shí)間以及損傷程度有一定相關(guān)性，一般在損傷7 d左右增殖能力達(dá)到峰值，而損傷越重，增殖能力則越強(qiáng)，到達(dá)峰值時(shí)間也越長(zhǎng)，所增殖分化的神經(jīng)細(xì)胞越多[22]。促炎因子和抗炎因子對(duì)ENSCs的增殖也有影響。小鼠ENSCs與促炎M1巨噬細(xì)胞的共培養(yǎng)導(dǎo)致誘導(dǎo)型一氧化碳合成酶（inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）的mRNA 水平上調(diào)，通過(guò)MAPK-Sox2 信號(hào)傳導(dǎo)通路提高了增殖能力。而與抗炎M2 細(xì)胞共培養(yǎng)則精氨酸酶和白細(xì)胞介素-10（interleukin-10，IL-10）mRNA表達(dá)上調(diào)，增殖下降并向神經(jīng)元分化[23]。另有研究發(fā)現(xiàn)[24]，生長(zhǎng)激素和催乳素也可調(diào)節(jié)ENSCs 的增殖和遷移。

3 脊髓室管膜區(qū)ENSCs 在脊髓損傷修復(fù)中的潛在作用機(jī)制

ENSCs在生理狀態(tài)下的脊髓中不表現(xiàn)分化能力，但在體外培養(yǎng)時(shí)具有三系分化的潛能，絕大部分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞，少量化為少突膠質(zhì)細(xì)胞，極少數(shù)分化為神經(jīng)元[7]。由于ENSCs 上述增殖及分化特性，其在脊髓損傷修復(fù)中潛在的作用研究主要集中在向星形膠質(zhì)細(xì)胞動(dòng)態(tài)分化，以減少膠質(zhì)瘢痕對(duì)脊髓修復(fù)所產(chǎn)生的負(fù)向作用；促進(jìn)向少突膠質(zhì)細(xì)胞分化以促使損傷軸突再髓鞘化，恢復(fù)神經(jīng)傳導(dǎo)；促進(jìn)向神經(jīng)元分化以補(bǔ)充受損神經(jīng)元。

3.1 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)瘢痕

脊髓損傷后，ENSCs被激活增殖并在損傷區(qū)域大部分分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞，源自ENSCs的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞早期有助于在損傷區(qū)域形成膠質(zhì)瘢痕核心，阻止炎癥進(jìn)一步擴(kuò)散，而星形膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞則向膠質(zhì)瘢痕的外圍遷移，構(gòu)成膠質(zhì)瘢痕的外周[7]。不同脊髓損傷模型，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源于ENSCs 的比例不同。在脊髓背索橫切模型中，損傷后2 周，1/3 左右反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源于室管膜細(xì)胞；損傷后4個(gè)月，＞50%的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源于室管膜細(xì)胞[7]。在脊髓打擊損傷模型中，打擊損傷越重，源于室管膜細(xì)胞的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量越多，這種細(xì)胞是損傷繼續(xù)修復(fù)必須的，其在早期可限制炎癥的進(jìn)一步擴(kuò)散[22]。在脊髓完全橫斷模型中，損傷后56 d，25.7%的室管膜細(xì)胞分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞并構(gòu)成膠質(zhì)瘢痕的核心[16]。Ren等[25]采用完全橫向擠壓或針刺方法造成Foxj1-tdt轉(zhuǎn)基因小鼠脊髓損傷后，室管膜細(xì)胞及其子代無(wú)法大量遷移到脊髓損傷病變中，對(duì)于反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的貢獻(xiàn)不到2%。這種研究結(jié)果的不同，可能與Ren等使用室管膜細(xì)胞功能受抑制的模型有關(guān)。盡管不同損傷模型中，源于室管膜細(xì)胞的星形膠質(zhì)細(xì)胞比例有所不同，但現(xiàn)有研究結(jié)果至少可以證實(shí)室管膜細(xì)胞在脊髓損傷后可以分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞，形成膠質(zhì)瘢痕的核心。

星形膠質(zhì)瘢痕對(duì)脊髓損傷后修復(fù)的影響是雙向的，一方面膠質(zhì)瘢痕形成了物理屏障及分子屏障限制了軸突的生長(zhǎng)及再生，另一方面膠質(zhì)瘢痕早期避免了損傷炎癥進(jìn)一步擴(kuò)大，減少了神經(jīng)元變性，改善了功能結(jié)局[26]。研究發(fā)現(xiàn)，ENSCs來(lái)源的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞通常不表達(dá)膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP），而其表達(dá)的層粘連蛋白有助于少突膠質(zhì)細(xì)胞增殖，可促進(jìn)軸突生長(zhǎng)，而源于原位星形膠質(zhì)細(xì)胞的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞則表達(dá)GFAP，產(chǎn)生硫酸軟骨素蛋白聚糖，抑制軸突生長(zhǎng)[10]。這表明，增加ENSCs來(lái)源的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞比例似乎對(duì)脊髓損傷修復(fù)有一定積極作用。

依據(jù)ENSCs 三系分化特性，通過(guò)定向分化、定量增殖以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)瘢痕，增強(qiáng)其正向作用，減弱或消除負(fù)向作用是未來(lái)促進(jìn)脊髓損傷修復(fù)的重要內(nèi)容，而協(xié)調(diào)其分化比例、增殖數(shù)量是一個(gè)核心點(diǎn)。

3.2 受損軸突再髓鞘化

促進(jìn)脊髓損傷后受損軸突的再髓鞘化是修復(fù)脊髓損傷的一個(gè)研究重點(diǎn)。慢性脊髓損傷后，脊髓的灰質(zhì)和白質(zhì)中部分ENSCs遷移衍生的后代，顯示出成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞表型和再髓鞘化潛能[10]。有學(xué)者在局灶性脊髓脫髓鞘和先天性髓鞘異常模型中移植ENSCs，發(fā)現(xiàn)在不同的宿主環(huán)境下其可分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞或施萬(wàn)細(xì)胞，并形成髓鞘[27]。有學(xué)者[28]通過(guò)單細(xì)胞RNA 測(cè)序及基因編碼研究小鼠脊髓成熟神經(jīng)上皮細(xì)胞的譜系潛能，發(fā)現(xiàn)室管膜細(xì)胞分化生成少突膠質(zhì)細(xì)胞在遺傳學(xué)上是可行的。其運(yùn)用Foxj1-Olig2-tdt 轉(zhuǎn)基因小鼠在脊髓損傷后發(fā)現(xiàn)，再生軸突中少突膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子2 表達(dá)增加，說(shuō)明室管膜細(xì)胞分化來(lái)的少突膠質(zhì)細(xì)胞能夠參與髓鞘的形成，并傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)。損傷3個(gè)月后，運(yùn)用電生理及光遺傳學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，來(lái)源于室管膜細(xì)胞和來(lái)源于原位少突膠質(zhì)細(xì)胞的新生少突膠質(zhì)細(xì)胞在髓鞘形成和功能傳導(dǎo)方面無(wú)差異。這表明，室管膜細(xì)胞具有分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)髓鞘形成和傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)的潛力。

ENSCs 向少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化受到微環(huán)境中抑制因子的影響，如軸突生長(zhǎng)抑制蛋白、少突膠質(zhì)細(xì)胞髓磷脂糖蛋白、髓磷脂相關(guān)糖蛋白、軸突導(dǎo)向因子類相關(guān)抑制劑以及源于反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的硫酸軟骨素蛋白聚糖，這些因子能夠抑制軸突的再生及ENSCs向少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化，這使得ENSCs來(lái)源的少突膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少[10,29]。而一些生長(zhǎng)因子可以促進(jìn)ENSCs向少突膠質(zhì)細(xì)胞分化，如促紅細(xì)胞生成素[30]。

ENSCs具有分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞的潛力，促進(jìn)損傷軸突的再髓鞘化是其修復(fù)脊髓損傷的重要機(jī)制，同時(shí)，減少抑制因子，改善微環(huán)境對(duì)ENSCs的分化也有促進(jìn)作用。

3.3 補(bǔ)充神經(jīng)元

ENSCs 能否分化為神經(jīng)元研究結(jié)果不一，現(xiàn)仍在探索。Sabelstrom H及Liu Y認(rèn)為[31,32]，ENSCs并不能分化為神經(jīng)元，而其他一些學(xué)者在體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，ENSCs在一定條件下可轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元[7,33,34]。在不能分化為成熟神經(jīng)元的部分研究中，可以檢測(cè)到極少量的未成熟神經(jīng)元[16]，其原因可能是脊髓損傷后硫酸軟骨素蛋白多糖的抑制作用以及一系列炎癥反應(yīng)引起的微環(huán)境變化，限制了未成熟神經(jīng)元向成熟神經(jīng)元繼續(xù)分化[3,36]。Yang Z 等[37]發(fā)現(xiàn)ENSCs 這種激活和二次休眠的過(guò)程，可能與TrkC通路的調(diào)節(jié)有關(guān)。

Xiaoran Li等[38]，采用載紫杉醇脂質(zhì)體的膠原微通道支架來(lái)修復(fù)脊髓損傷，該載藥支架可為神經(jīng)元再生以及軸突延伸提供合適的微環(huán)境，并通過(guò)Wnt/β-catenin 信號(hào)通路誘導(dǎo)神經(jīng)元分化。向鑫[39]研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠通過(guò)激活Wnt/β-catenin 信號(hào)通路使ENSCs向神經(jīng)元方向分化,同時(shí)減輕膠質(zhì)瘢痕，改善大鼠后肢功能。Guo等[40]將含有Sox11基因的病毒載體導(dǎo)入小鼠損傷脊髓，發(fā)現(xiàn)Sox11誘導(dǎo)可以ENSCs激活，并促進(jìn)其向脊髓受損區(qū)域遷移及向神經(jīng)元分化。Lan Yang 等[41]研究發(fā)現(xiàn)，P 物質(zhì)（5 nmol/kg）可顯著改善脊髓損傷后的神經(jīng)功能，并通過(guò)ERK1/2信號(hào)通路促進(jìn)ENSCs激活、增殖以及向神經(jīng)元分化，同時(shí)減少了向星形膠質(zhì)細(xì)胞分化的數(shù)量。運(yùn)用丙戊酸體外培養(yǎng)ENSCs也能夠促使其向神經(jīng)元分化，并同時(shí)抑制其向星形膠質(zhì)細(xì)胞分化[42,43]。

盡管脊髓損傷后ENSCs 在體內(nèi)能否向神經(jīng)元分化仍存有爭(zhēng)議，但較多的體外實(shí)驗(yàn)已明確，ENSCs 具有向神經(jīng)元分化的潛力。而造成這種爭(zhēng)議的原因可能是脊髓損傷模型和干預(yù)方式不同，通過(guò)藥物、組織工程材料、基因編碼以及改變微環(huán)境等干預(yù)手段，可促進(jìn)ENSCs向神經(jīng)元分化[38,40,41]。

ENSCs 增殖分化為神經(jīng)元，補(bǔ)充神經(jīng)元數(shù)量，重建神經(jīng)回路，可能是其促進(jìn)脊髓損傷修復(fù)的重要機(jī)制，采用相關(guān)干預(yù)方式誘導(dǎo)增殖分化是研究重點(diǎn)。

4 室管膜細(xì)胞作為ENSCs的異質(zhì)性

盡管以上大部分研究證明了室管膜細(xì)胞具有增殖分化能力，是ENSCs 潛在的細(xì)胞群，但仍有一些研究對(duì)該觀點(diǎn)進(jìn)行了質(zhì)疑。Ren等[25]運(yùn)用譜系示蹤發(fā)現(xiàn)脊髓損傷后室管膜細(xì)胞不具有分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞的能力，對(duì)膠質(zhì)瘢痕的貢獻(xiàn)很小。戴建武等[44]研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷核心和邊緣的巢蛋白陽(yáng)性細(xì)胞來(lái)自各種細(xì)胞類型，很少來(lái)自完全橫切脊髓損傷后的室管膜細(xì)胞。這些研究之間的矛盾很可能是由于實(shí)驗(yàn)損傷模型不同、用于鑒定特定細(xì)胞表型的分子標(biāo)記物類型不同以及潛在的細(xì)胞命運(yùn)映射策略的差異。進(jìn)行廣泛的基礎(chǔ)研究，通過(guò)改善脊髓損傷模型、篩選合適且具有特異性的標(biāo)記物、完善細(xì)胞命運(yùn)映射策略可以在一定程度上減少實(shí)驗(yàn)異質(zhì)性，得出更加科學(xué)的結(jié)論。

5 總結(jié)與展望

脊髓損傷修復(fù)一直是基礎(chǔ)及臨床研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，近年來(lái)細(xì)胞移植、藥物治療、組織工程材料、中醫(yī)藥治療等在脊髓損傷修復(fù)方面獲得到了一定進(jìn)展，其中最引人關(guān)注的是細(xì)胞移植。多種外源性干細(xì)胞作為移植細(xì)胞來(lái)治療脊髓損傷，但由于其倫理、免疫反應(yīng)、致瘤性、療效異質(zhì)性等多種因素使細(xì)胞移植治療一直難以推廣。而ENSCs 作為體內(nèi)具有分化潛能的神經(jīng)干細(xì)胞，無(wú)倫理限制、不存在免疫抑制及致瘤性并且無(wú)需進(jìn)行移植，是近年逐漸形成的一種細(xì)胞移植替代方案。脊髓中ENSCs 存在于脊髓中央管室管膜區(qū)，在體內(nèi)及體外研究中，ENSCs可大部分分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞，少數(shù)分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞，極少數(shù)分化為神經(jīng)元。脊髓損傷后，ENSCs 依據(jù)這種多向分化能力，可快速形成膠質(zhì)瘢痕，限制炎癥擴(kuò)散、可使受損軸突得到一定程度修復(fù)、可補(bǔ)充神經(jīng)元，重建神經(jīng)回路，但由于機(jī)體ENSCs數(shù)量有限，增殖分化產(chǎn)生的少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元難以對(duì)脊髓損傷后神經(jīng)修復(fù)及功能改善產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。因此，ENSCs未來(lái)的研究重點(diǎn)是尋找有效的干預(yù)方式，促進(jìn)其定向增殖、遷移和分化。而與組織工程材料、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或藥物聯(lián)合運(yùn)用充分發(fā)揮ENSCs 的有益功能可能是未來(lái)脊髓損傷修復(fù)領(lǐng)域研究的方向。