概述：脊髓損傷（SCI）具有高致殘率和高死亡率的發(fā)病特點，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)致運動、感覺和自主神經(jīng)功能暫時或永久性損傷。據(jù)估計，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，已經(jīng)形成的膠質(zhì)疤痕會阻礙神經(jīng)再生。SCI患者由于原發(fā)性損傷和后續(xù)損傷，會出現(xiàn)受傷脊髓水平以下的感覺喪失和功能缺陷，這會影響病情的嚴(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)在大量的實驗已經(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?，正是因為目前可用的抑制神?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，也會導(dǎo)致神經(jīng)實質(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)整個持續(xù)時間的繼發(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，神經(jīng)實質(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)各損傷時期的獨特特點，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，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)到個體的余生，慢性期的特點是囊性空腔形成、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。在鞘內(nèi)注射和靜脈注射的實驗中，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促進(jìn)這種細(xì)胞行為。然而，通過 “歸巢 “移動的間充質(zhì)干細(xì)胞可能會出現(xiàn)細(xì)胞定位失敗。這可能與注射時間、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動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。

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，因為它們表現(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關(guān)鍵目標(biāo)，因為中樞神經(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)分化確鑿的實驗證據(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（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。

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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