概述：脊髓損傷（SCI）具有高致殘率和高死亡率的發(fā)病特點(diǎn)，是一種對患者生理和心理都具有高度破壞性的疾病，目前仍缺乏有效的治療方法。脊髓損傷后，缺血、外周炎癥細(xì)胞浸潤、氧化應(yīng)激等一系列繼發(fā)性損傷反應(yīng)形成了不利于神經(jīng)恢復(fù)的微環(huán)境，最終導(dǎo)致神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞凋亡和壞死。

近年來，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）移植成為一種更有前景的治療方法。間充質(zhì)干細(xì)胞可通過免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)保護(hù)、神經(jīng)再生等多種機(jī)制促進(jìn)脊髓損傷修復(fù)，給脊髓損傷患者帶來希望。本文探討了間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷方法中的神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)再生部分。

間充質(zhì)干細(xì)胞移植：脊髓損傷后的神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)再生

介紹

脊髓損傷 (SCI) 是一種毀滅性的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)、感覺和自主神經(jīng)功能暫時(shí)或永久性損傷。據(jù)估計(jì)，過去30年來，全球SCI患病率不斷增加，不同國家每百萬人中有236至1298名患者。每一位SCI患者都承受著身心的雙重折磨，還面臨著經(jīng)濟(jì)困難、人際關(guān)系破裂等困難。

SCI的發(fā)病機(jī)制可分為兩個(gè)階段，第一階段的損傷為原發(fā)性損傷（如跌倒、交通事故等），繼發(fā)性損傷為繼發(fā)性損傷作為一系列復(fù)雜的異常分子信號(hào)傳導(dǎo)、炎癥細(xì)胞浸潤、炎癥因子釋放、氧化應(yīng)激、血管變化和繼發(fā)性細(xì)胞功能障礙分層關(guān)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞凋亡壞死，形成微環(huán)境不利于神經(jīng)再生和損傷恢復(fù)的微環(huán)境，加重?fù)p傷，當(dāng)損傷進(jìn)入繼發(fā)性損傷的慢性期時(shí)，已經(jīng)形成的膠質(zhì)疤痕會(huì)阻礙神經(jīng)再生。SCI患者由于原發(fā)性損傷和后續(xù)損傷，會(huì)出現(xiàn)受傷脊髓水平以下的感覺喪失和功能缺陷，這會(huì)影響病情的嚴(yán)重程度。

迄今為止，尚無任何治療方法能夠正確治療SCI并改善SCI患者的預(yù)后。甲基強(qiáng)的松龍除了能有效治療 SCI 后神經(jīng)炎癥外，還可降低氧化應(yīng)激并抑制脂質(zhì)過氧化。然而，使用甲潑尼龍會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用，如敗血癥、肺炎、傷口感染和消化道出血。神經(jīng)元膜中發(fā)現(xiàn)的糖脂分子神經(jīng)節(jié)苷脂被用作治療SCI的神經(jīng)保護(hù)劑，具有多種作用，包括預(yù)防細(xì)胞凋亡和抗興奮性毒性活性。但研究表明，神經(jīng)節(jié)苷脂治療六個(gè)月后，神經(jīng)功能恢復(fù)沒有差異。

間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的前景

間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC)具有多能性干細(xì)胞可源自多種組織，包括骨髓、脂肪、人臍帶血等。間充質(zhì)干細(xì)胞具有多向分化和自我更新能力，可分化為終末期細(xì)胞細(xì)胞細(xì)胞、軟骨形成細(xì)胞細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞在體外受到各種刺激因子和誘導(dǎo)培養(yǎng)基的影響。這些品質(zhì)使得間充質(zhì)干細(xì)胞在近幾十年來逐漸在醫(yī)學(xué)和組織工程領(lǐng)域受到關(guān)注，現(xiàn)在大量的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明間充質(zhì)干細(xì)胞是一種非常有前途的材料。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）移植，是一種充滿樂觀和發(fā)展?jié)摿Φ男滦童煼?，正是因?yàn)槟壳翱捎玫囊种粕窠?jīng)炎癥和神經(jīng)保護(hù)藥物未達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)展起來。

大量研究證明不同來源（骨髓、脂肪、臍帶血、牙髓等）的間充質(zhì)干細(xì)胞具有治療脊髓損傷的能力，這與類似的機(jī)制是一致的(圖1）。

許多間充質(zhì)干細(xì)胞移植臨床試驗(yàn)已處于第一階段（I/II期），其可行性和安全性已初步確定。我們將討論間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的機(jī)制，重點(diǎn)關(guān)注神經(jīng)保護(hù)作用間質(zhì)干 細(xì)胞移植的機(jī)制和神經(jīng)再生機(jī)制，以便更好地了解并簡化后續(xù)研究。

脊髓損傷的病理生理學(xué)

脊髓損傷（SCI）的第一階段是原發(fā)性損傷事件，也稱為原發(fā)性損傷，是脊髓因壓縮、剪切、撕裂、急性拉伸/牽拉和大面積沖擊等物理力而受到的損傷。此階段受傷部位的血管破裂、滲漏，也會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)實(shí)質(zhì)和膠質(zhì)結(jié)構(gòu)的損傷。

繼發(fā)性損傷是脊髓損傷 (SCI) 的第二階段，由原發(fā)性損傷事件引發(fā)，引發(fā)幾乎持續(xù)整個(gè)持續(xù)時(shí)間的繼發(fā)反應(yīng)SCI.繼發(fā)性損傷事件還通過一系列復(fù)雜且相關(guān)的級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致脊髓損傷區(qū)域不斷生長，加重SCI (圖2）。

 (B) 正常脊髓組織。 (C) 脊髓損傷時(shí)，神經(jīng)實(shí)質(zhì)和神經(jīng)膠質(zhì)結(jié)構(gòu)受損，中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等浸潤損傷部位面積，加重脊髓損傷的化合物（炎性細(xì)胞因子、活性氧、組??織降解酶等）濃度升高。 (D) 膠質(zhì)疤痕的形成。

根據(jù)各損傷時(shí)期的獨(dú)特特點(diǎn)，繼發(fā)損傷發(fā)生分為急性、亞急性和慢性三類。受傷后，急性期持續(xù)48小時(shí)，其特征是血管功能障礙、自由基生成、鈣內(nèi)流增加、炎癥、興奮性毒性和神經(jīng)毒性等癥狀。脊髓損傷如果不中斷急性期，病程進(jìn)入亞急性期（2-14天），表現(xiàn)為軸突脫髓鞘、華勒變性、軸突變性等。重塑和其他癥狀。隨后進(jìn)入慢性期，并持續(xù)到個(gè)體的余生，慢性期的特點(diǎn)是囊性空腔形成、軸突枯萎、神經(jīng)膠質(zhì)增生和細(xì)胞外基質(zhì)形成后的疤痕形成基質(zhì)沉積。

隨著脊髓損傷的進(jìn)展，病變會(huì)生長并形成囊腫，留下殘留的壞死或凋亡細(xì)胞的微囊腔細(xì)胞 a>最終形成脊髓空洞，造成永久性傷害。

間充質(zhì)干細(xì)胞移植

干細(xì)胞療法已成為脊髓損傷的前沿治療方法，一些早期臨床試驗(yàn)表明，細(xì)胞移植通常是可行的。在眾多替代細(xì)胞中，干細(xì)胞因其自我更新和多向分化的能力而備受關(guān)注，其次是選擇不同的干細(xì)胞，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的特點(diǎn)是易分離、易保存、增殖快、免疫原性低、不涉及倫理問題。

目前，局部注射、靜脈注射和鞘內(nèi)注射是直接注射間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷最常用的三種方法。雖然鞘內(nèi)和靜脈注射侵入性較小，但需要大量細(xì)胞 ，到達(dá)損傷部位的間充質(zhì)干細(xì)胞細(xì)胞比例較低。

局部注射可將足量干細(xì)胞直接移植到脊髓損傷部位，但可能進(jìn)一步損傷脊髓，并增加傷口感染風(fēng)險(xiǎn)。在鞘內(nèi)注射和靜脈注射的實(shí)驗(yàn)中，間充質(zhì)干細(xì)胞的 “歸巢 “能力引起了人們的興趣。血管內(nèi)皮生長因子-A（VEGF-A）可刺激血小板衍生生長因子受體（PDGFRs），從而調(diào)節(jié)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移。損傷部位釋放的生長因子（PDGF或IGF-1）可吸引間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢，損傷部位炎癥因子或趨化因子的增加也會(huì)促進(jìn)這種細(xì)胞行為。然而，通過 “歸巢 “移動(dòng)的間充質(zhì)干細(xì)胞可能會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞定位失敗。這可能與注射時(shí)間、劑量等有關(guān)。要確定準(zhǔn)確的 “歸巢 “機(jī)制和變量之間的關(guān)系，還需要進(jìn)一步的研究。

旁分泌和定向分化是間充質(zhì)干細(xì)胞修復(fù)損傷組織的兩大關(guān)鍵功能，但在脊髓損傷模型中，旁分泌比定向分化更容易發(fā)生。間充質(zhì)干細(xì)胞具有分化潛能，可在體外刺激分化成神經(jīng)元細(xì)胞。為替代死亡細(xì)胞并恢復(fù)神經(jīng)元傳導(dǎo)通路的完整性，研究人員嘗試將間充質(zhì)干細(xì)胞移植到脊髓病變部位后，使其發(fā)育成神經(jīng)元細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。然而，最近的研究表明，目前仍缺乏區(qū)分的證據(jù)。

現(xiàn)有研究表明，移植的間充質(zhì)干細(xì)胞可能主要通過細(xì)胞間相互作用和旁分泌效應(yīng)發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)再生作用，支持脊髓損傷后的形態(tài)和功能恢復(fù)。根據(jù)對脊髓損傷動(dòng)物模型的研究，接受間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療的脊髓損傷小鼠或脊髓損傷大鼠的運(yùn)動(dòng)和感覺能力有所改善，并促進(jìn)了后肢功能的恢復(fù)?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)已向研究人員證明，間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷是有效的，即使在臨床試驗(yàn)中遇到了少數(shù)脊髓損傷患者出現(xiàn)不良反應(yīng)（頭痛、尿路感染、惡心和嘔吐）以及患者人數(shù)少且不均等的挑戰(zhàn)。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷：神經(jīng)保護(hù)

神經(jīng)保護(hù)是指通過減輕和減弱繼發(fā)性損傷中的特定事件，保護(hù)損傷部位及周圍神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能免受進(jìn)一步損傷，以降低損傷發(fā)生率、減輕損傷程度。在脊髓損傷的急性和亞急性期，神經(jīng)保護(hù)是至關(guān)重要的治療目標(biāo)，也是應(yīng)盡快落實(shí)的第一道防線。根據(jù)次級級聯(lián)反應(yīng)中的不同事件，抗炎、抗氧化、抗凋亡、抗興奮性毒性和通道阻斷可以作為神經(jīng)保護(hù)的突破點(diǎn)。

隨著研究進(jìn)展，間充質(zhì)干細(xì)胞對脊髓損傷的治療作用越來越受到關(guān)注，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出顯著的自分泌和旁分泌活性，發(fā)揮抗炎和抗氧化作用，預(yù)防神經(jīng)退行性變和細(xì)胞凋亡，促進(jìn)軸突和髓磷脂再生，防止血管損傷，增強(qiáng)血管生成(圖3）。

圖3：間充質(zhì)干細(xì)胞具有抗炎作用（促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞的極化，減少IL-7、IFN-和TNF-等促炎因子的表達(dá)，并增加抗炎因子如IL-4和IL-13的表達(dá)；抗氧化劑（清除自由基、增強(qiáng)宿主抗氧化防御、改變細(xì)胞生物能學(xué)）；抗凋亡（分泌各種保護(hù)因子、降低caspase-9和caspase-3蛋白水平等）；促進(jìn)血運(yùn)重建（各種生長因子的分泌，修復(fù)新生血管的密度增加）。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷：神經(jīng)再生

在脊髓損傷的急性和亞急性階段，及時(shí)的神經(jīng)保護(hù)可能非常有益。然而，對于慢性期患者來說，神經(jīng)再生比神經(jīng)保護(hù)更重要。促進(jìn)損傷后軸突再生是治療脊髓損傷慢性期的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)，因?yàn)橹袠猩窠?jīng)聯(lián)系的破壞是持續(xù)功能障礙的原因之一SCI之后。脊髓損傷患者的功能恢復(fù)可能會(huì)顯著改善，即使是少量的軸突再生。

軸突延長、軸突萌芽和新軸突生長、神經(jīng)細(xì)胞髓鞘再生以及損傷后受損神經(jīng)組織（神經(jīng)元、軸突、突觸和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞）再生和修復(fù)的其他過程都是神經(jīng)再生的例子。

基于間充質(zhì)干細(xì)胞的再生療法的早期研究集中于它們在移植后分化為神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的能力。然而，目前缺乏MSC體內(nèi)分化確鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。盡管如此，移植的間充質(zhì)干細(xì)胞仍然能夠執(zhí)行多種任務(wù)，例如提供營養(yǎng)支持、調(diào)節(jié)急性期的炎癥反應(yīng)以及降低疤痕組織抑制等。亞急性和慢性階段創(chuàng)造有利于軸突再生的環(huán)境。神經(jīng)營養(yǎng)因子已被證明可增強(qiáng)CNS神經(jīng)元損傷后的生長潛力，神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）或膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子暴露后神經(jīng)元的能力增強(qiáng)（GDNF) 克服非許可環(huán)境是由細(xì)胞內(nèi)cAMP水平升高介導(dǎo)的。MSCs能夠分泌腦源性生長因子（BDNF）、膠質(zhì)細(xì)胞源性生長因子（GDNF）、神經(jīng)生長因子（NGF）、NT-1、 NT-3、CNTF和堿性成纖維細(xì)胞生長因子 (bFGF)，由此推測移植的MSC可能通過分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子來增強(qiáng)受損神經(jīng)元的內(nèi)在生長傾向。

除了改善內(nèi)在生長傾向外，神經(jīng)營養(yǎng)物質(zhì)還可以充當(dāng)抗氧化劑、抗炎劑，幫助改善現(xiàn)有的不良環(huán)境，而 BDNF可以對抗氧化應(yīng)激，從而提高生長能力。移植間充質(zhì)干細(xì)胞后星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的神經(jīng)膠質(zhì)疤痕也可能被改變。根據(jù)研究，將間充質(zhì)干細(xì)胞移植到SCI大鼠體內(nèi)可以防止神經(jīng)膠質(zhì)疤痕的產(chǎn)生，并改變反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的形狀，這兩者結(jié)合為軸突再生創(chuàng)造了理想的微環(huán)境。

結(jié)論

脊髓損傷（SCI）是一種嚴(yán)重、長期且不可逆的損傷。因此，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的大量學(xué)者和專業(yè)人士渴望找到安全有效的脊髓損傷治療方法。大量臨床前和臨床研究已證明間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）在治療SCI中的有效性。 間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的有效性現(xiàn)已通過大量臨床前和臨床研究得到證實(shí)。

間充質(zhì)干細(xì)胞移植提供的抗炎、抗氧化、抗細(xì)胞凋亡和增加血流量可保護(hù)神經(jīng)。它還可以增加內(nèi)在的神經(jīng)元生長潛力，增強(qiáng)非許可環(huán)境，并改變神經(jīng)膠質(zhì)疤痕以支持再生。由于間充質(zhì)干細(xì)胞移植的治療機(jī)制尚不完全清楚，而且由于細(xì)胞不準(zhǔn)確等問題，未來的研究可能需要進(jìn)一步探討更具體的治療機(jī)制以及更好的間充質(zhì)干細(xì)胞移植方法（預(yù)處理、基因修飾和聯(lián)合治療等）存在局部化和直接細(xì)胞移植后存活率低的問題。

參考資料：Si-Yu Chen, Rui-Lin Yang, Xiang-Chong Wu, De-Zhi Zhao, Sheng-Ping Fu, Feng-Qin Lin, Lin-Yan Li, Li-Mei Yu, Qian Zhang & Tao Zhang (2023) Mesenchymal Stem Cell Transplantation: Neuroprotection and Nerve Regeneration After Spinal Cord Injury, Journal of Inflammation Research, 16:, 4763-4776, DOI: 10.2147/JIR.S428425

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