嗅鞘細胞移植促神經(jīng)元軸突生長的機制

張志存 余洪猛

嗅鞘細胞(olfactory ensheathing cells，OECs)是存在于嗅覺系統(tǒng)中一種體積較大的膠質(zhì)細胞，具有支持神經(jīng)發(fā)生的功能，主要分布在嗅球的神經(jīng)纖維層和小球?qū)蛹靶狃つさ墓逃袑?，并伴隨嗅束進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在嗅球內(nèi)，它是惟一接觸和包被嗅神經(jīng)軸突的膠質(zhì)細胞。OECs同時具有星形膠質(zhì)細胞和雪旺細胞(Schwann cells,SCs)的雙重特性[1]，是目前已知用于移植的細胞中惟一可以跨越周圍神經(jīng)系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)邊界，且在成熟階段還具有生長能力的神經(jīng)膠質(zhì)細胞。它具有神經(jīng)營養(yǎng)、成鞘作用，可抑制膠質(zhì)增生、瘢痕形成等，為軸突生長提供了適宜的微環(huán)境及較強的遷移特性。

1 OECs移植

OECs促嗅神經(jīng)再生的特性啟發(fā)了學者將其移植到神經(jīng)損傷處，觀察其是否具有促進其他神經(jīng)再生的作用。Li等[2]報道了應用OECs移植治療大鼠脊髓束損傷模型，3～10周后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)切斷的皮質(zhì)脊髓束延伸生長，穿過損傷區(qū)，最后到達下位脊髓的前角神經(jīng)元，形成功能性連接。大量的在體實驗[3-4]證實，OECs對損傷的中樞神經(jīng)及周圍神經(jīng)都具有修復作用。

Wei等[5]將DiI標記的OECs移植到切斷嗅神經(jīng)的大鼠的硬腦膜與篩板之間，對照組注射培養(yǎng)液，2周后實驗組大鼠可觀察到辣根過氧化物酶染料與其標記的OECs出現(xiàn)在嗅球中，6周后實驗組大鼠的嗅上皮細胞明顯比對照組多。有學者[6]將OECs與螺旋神經(jīng)節(jié)細胞(spiral ganglion cells,SGCs)共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)SGCs體外存活的數(shù)量與單獨培養(yǎng)SGCs相比有明顯的增加。他們運用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(reverse transcriptional polymerase chain reaction，RT-PCR)分析OECs促進SGCs存活是基于兩者之間的直接接觸。

作為一種免疫缺陷細胞[7]，由于其免疫耐受，移植的OECs可在體內(nèi)生存較長時間，動物實驗發(fā)現(xiàn)移植到宿主體內(nèi)的OECs能存活7個月以上[8]，在加入神經(jīng)營養(yǎng)因子時生存時間可進一步延長[9]。OECs可通過活組織檢查方法從嗅黏膜上皮中獲得且不影響嗅覺，對機體損傷小。

2 OECs促進軸突生長的機制

目前研究認為，嗅鞘細胞移植后促進軸突生長的機制主要有以下幾種：

(1)OECs表達和分泌多種黏附分子及神經(jīng)營養(yǎng)因子。Runyan和Phelps[10]將背根神經(jīng)節(jié)細胞與髓磷脂共同培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)在有OECs存在或加入腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)時，背根神經(jīng)節(jié)細胞的軸突生長比未加之前明顯加快；Lu等[11]將高表達BDNF的骨髓基質(zhì)干細胞移植到損傷的脊髓中，發(fā)現(xiàn)損傷部位的軸突生長增快明顯。這些均表明BDNF是促進軸突生長的重要神經(jīng)營養(yǎng)因子之一。

在嗅上皮受損后，嗅球神經(jīng)層外層的低親和力神經(jīng)生長因子受體P75表達會上調(diào)，可能為嗅神經(jīng)軸突提供趨化引導作用；將嗅球神經(jīng)層外層的OECs與視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞共培養(yǎng)時，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的軸突生長增強，但當通過免疫選擇消除了P75陽性的OECs時，這種增強消失了[12]。

神經(jīng)肽Y僅當軸突與靶細胞之間形成突觸時，在嗅球神經(jīng)層的內(nèi)層表達[13]，這表明它可能在軸突生長的最后階段發(fā)揮重要的作用；它還在胚胎時期嗅神經(jīng)從上皮到嗅球生長的過程中表達[14]，參與軸突的定向生長。

OECs分泌與軸突生長相關(guān)的載脂蛋白E。載脂蛋白E基因敲除小鼠的嗅上皮受損時后恢復速度延遲，推測載脂蛋白E可能在重復利用變性的神經(jīng)元或軸突的膜脂質(zhì)方面發(fā)揮重要的作用[15]。

OECs表面的細胞粘連因子是軸突生長延伸的有利因素[16]，如L1蛋白、PSA-N-CAM、N-CAM等。但Runyan和Phelps[10]將OECs與背根神經(jīng)節(jié)細胞共培養(yǎng)卻發(fā)現(xiàn)L1蛋白并無促進背根神經(jīng)節(jié)細胞生長的作用。OECs產(chǎn)生神經(jīng)連接素，對軸突生長有明顯促進作用。OECs還表達層黏連蛋白、纖維蛋白和Ⅳ型膠原蛋白的細胞外基質(zhì)分子，特別是層粘連蛋白被認為是嗅神經(jīng)軸突生長的最優(yōu)底物[17]。

在體外，OECs提供促進神經(jīng)元出芽的可溶性和接觸性信號，如細胞因子NT-3、NT-4/5。當OECs直接與損傷的神經(jīng)元接觸時，軸突出芽最多，而如果OECs和損傷的神經(jīng)元分隔開來，雖共用同一培養(yǎng)基，但軸突出芽明顯減少[18]。這一結(jié)果顯示，OECs誘導的軸突再生可能與其分泌的可溶性因子和嗅鞘細胞膜直接與損傷軸突細胞膜間的相互作用有關(guān)。Deumens等[19]認為這些因子和接觸介導機制都參與了OECs刺激軸突生長的過程，但這個過程的效率似乎與移植方式有關(guān)[20]，當OECs以多孔的生物材料為載體移植到脊髓時，皮質(zhì)脊髓束軸突的出芽非常明顯，而直接注射移植則不能達到相同的效果。

(2)OECs提供有利于再生軸突依附、延伸的橋梁。脊髓損傷后，兩斷端之間有效的連接是一個極為必要的條件，孫德日等[21]將OECs體外培養(yǎng)3周以后，OECs間明顯出現(xiàn)首尾連接，成條索狀分布，或彼此平行排列成束狀集中。移植后，P75染色顯示，嗅鞘細胞在體內(nèi)成條索狀分布，主要集中在損傷區(qū)，與體外培養(yǎng)觀察到的結(jié)果相一致，且與GAP-43著色有共同分布的區(qū)域，提示軸突可以沿著嗅鞘細胞橋生長。他們還發(fā)現(xiàn)NF200和GAP43陽性著色纖維有明顯的指向性，即末端傾向于P75陽性著色的嗅鞘細胞的分布區(qū)。

(3)OECs調(diào)節(jié)Sema3A、NP-1等神經(jīng)生長抑制相關(guān)因子及受體的表達。Sema3A及其受體NP-1在神經(jīng)發(fā)育過程中是作為抑制性導向因子存在的。Schwarting等[22]研究了不同時期的胎鼠、出生后小鼠和Sema3A基因突變的小鼠，他們發(fā)現(xiàn)Sema3A分布在嗅黏膜的固有層和嗅球神經(jīng)層的腹側(cè)面，且在小鼠各生長階段都有表達。在野生型小鼠中，表達NP-1的神經(jīng)細胞穿過嗅黏膜，發(fā)出神經(jīng)纖維向生長中的嗅球延伸，止于沒有Sema3A分布的嗅球的尾側(cè)和頭側(cè)，而在Sema3A突變型的小鼠中，表達NP-1的神經(jīng)纖維則錯誤地到達嗅球的腹側(cè)面。他們推測OECs表達的Sema3A在神經(jīng)定向生長中起到重要的作用。

(4)OECs使脫髓鞘的軸突重新生成髓鞘。神經(jīng)元損傷后的脫髓鞘改變是脊髓損傷后的最基本病理改變，也是神經(jīng)功能損傷的根本病理改變。神經(jīng)元的再髓鞘化是神經(jīng)再生和神經(jīng)功能恢復的前提，F(xiàn)ranklin等[23]報道在鼠的脫髓鞘損傷模型中，OECs移植能夠使脫髓鞘的脊髓軸突重新髓鞘化。OECs不像施萬細胞那樣包裹單條神經(jīng)軸突，而是由OECs系膜緊密包裹成束的無髓神經(jīng)纖維，Plant等[24]認為可能就是這種特殊的成鞘作用使損傷神經(jīng)纖維與周圍膠質(zhì)環(huán)境絕緣，使這些膠質(zhì)細胞在損傷時產(chǎn)生的軸突再生抑制因素不能作用于損傷神經(jīng)纖維，從而為軸突生長提供了適宜的微環(huán)境。

(5)移植的OECs調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細胞的活性，下調(diào)反應性星形膠質(zhì)細胞的膠質(zhì)纖維性蛋白和蛋白多糖的表達[25]。Li等[26]認為成年中樞神經(jīng)軸突損傷修復困難，最根本的問題并不在于神經(jīng)纖維本身而是在于喪失了星形膠質(zhì)細胞通道。中樞神經(jīng)損傷后會在損傷部位形成以星形膠質(zhì)細胞為主的膠質(zhì)瘢痕。星形膠質(zhì)細胞一旦與OECs相遇，其結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，在損傷部位中形成一個通道，以便再生的軸突通過，從而進一步產(chǎn)生功能性連接。Christine等[27]認為移植的OECs能使損傷部位迅速變得完整，從而限制成纖維細胞的侵入，并為軸突的生長提供營養(yǎng)支持，使軸突的再生迅速開始，增加軸突穿過損傷部位的概率。

(6)OECs誘導產(chǎn)生密集的微血管網(wǎng)，為移植物與宿主快速而完整的整合從而促進軸突的再生，為神經(jīng)功能的恢復提供了良好的基礎[28]。OECs在治療神經(jīng)受損方面可以作為一種優(yōu)良的移植細胞，有著廣泛的前景，但對于它促進軸突生長的分子機制尚不完全清楚，仍需要做進一步的研究；獲得足夠數(shù)量的純化的OECs也是我們面臨的難題，該難題直接限制了用OECs移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的開展，故其培養(yǎng)急需進一步的研究。

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