細胞移植治療腦出血的研究進展

常能彬,余崇林

(瀘州醫(yī)學院 人體解剖學教研室,四川瀘州 646000)

腦出血(intracerebral hemorrhage,ICH)是指原發(fā)性非外傷性腦實質內出血,絕大多數(shù)由高血壓病伴發(fā)的腦小動脈病變在血壓驟升時破裂所致,起病急驟、病情兇險、病死率很高。腦出血后,出血灶中心區(qū)神經細胞死亡導致神經功能缺損,至今尚缺乏真正有效的治療措施和藥物。目前,有多種措施可用于拯救病灶周圍瀕死的神經細胞,細胞移植治療被認為是修復病死灶,恢復受損神經功能最有潛在應用價值的手段之一。

腦出血后神經修復涉及血腫吸收、缺血缺氧的改善、代謝的改善、血管再生、神經細胞的再生、纖維聯(lián)系和突觸的重建諸多方面。由于局部缺乏合適的微環(huán)境,腦出血后不能進行有效的神經再生,目前較好的治療方法是通過移植替代缺失的神經細胞[1],重建受損的神經通路,改善局部微環(huán)境來促進神經功能的恢復。近年來,細胞替代治療中樞神經系統(tǒng)損傷成為該領域的研究熱點,是極具前景的治療策略之一。

1 治療腦出血移植細胞來源

1.1 神經干細胞移(Neural Stem Cells,NSC)

NSC具有自我更新、增殖能力和多向分化潛能,在特定條件下能分化為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞等。對神經干細胞的研究,打破了傳統(tǒng)的神經系統(tǒng)不可再生的理論,并獲得了大量有價值的研究成果。Lee HJ等[2]通過注射膠原酶復制腦出血模型,術后立體定向移植神經干細胞于缺血灶,研究發(fā)現(xiàn),注入的神經干細胞遷移至血腫周圍區(qū),在大鼠腦組織中存活、遷移并分化為神經元和星形膠質細胞,改善腦出血大鼠的神經功能缺損并有效延長神經功能恢復期。神經干細胞可以在宿主腦內存活、遷徙和分化,移植組大鼠運動功能較對照組明顯改善。神經干細胞作為治療腦出血在內的人類神經系統(tǒng)疾病的移植細胞來源有廣闊的臨床應用前景。

1.2 骨髓間充質干細胞(Mesenchymal Stem Cell,MSC)

MSC來源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層,具有多向分化潛能、自我復制及很好的遷移性等特點而日益受到關注。體外培養(yǎng)可分化為神經元、膠質細胞,移植治療腦出血可促進神經再生[3]。Liao等[4]將臍血來源骨髓間質干細胞在大鼠腦缺血模型建立24小時后移植到缺血灶,7d后腦缺血大鼠神經功能缺失癥狀明顯改善,損傷程度、白細胞浸潤減少,小膠質細胞激活,基質金屬蛋白酶(MMPS)在移植3天后細胞治療組較PBS對照組缺血區(qū)周圍明顯降低,認為臍血來源骨髓基質干細胞可能通過抑制炎性細胞,促進內源性再生。Liu等[5]利用表達肝細胞生長因子的MSC移植治療腦出血大鼠,通過神經纖維髓鞘再生和軸突再生促進神經功能修復。Sey fried DM等[6]經靜脈將大鼠骨髓基質干細胞(BMSCS)注入腦組織,細胞移行到缺血灶區(qū)域促進內源性神經再生,表達未成熟神經元標志的細胞數(shù)量明顯增加。研究顯示,在腦出血大鼠腦內MSCs可分化為神經元,且能明顯改善運動功能[7]。

1.3 嗅鞘細胞(O lfactory Ensheathing Cells,OECs)

OECs是功能上介于許旺細胞和少突膠質細胞之間的一種特殊膠質細胞,具有神經營養(yǎng)、抑制膠質增生、瘢痕形成、成鞘作用等功能,可為軸突生長提供適宜的微環(huán)境并具有較強的遷移特性,使其成為促進中樞神經再生的理想候選細胞之一。嗅鞘細胞位于中樞和周圍神經系統(tǒng),有獨特的再生屬性[8],近來被認為是通過細胞誘導修復神經系統(tǒng)疾病,包括脊髓損傷,中風等退行性疾病的潛在候選資源[9]。吳衛(wèi)江等[10]用人嗅球來源和嗅粘膜來源嗅鞘細胞移植治療腦出血大鼠,實驗證明無論中樞還是外周來源的嗅鞘細胞均能達到改善受損神經功能的作用,移植人嗅鞘細胞可促進腦出血后軸突再生及髓鞘化,神經纖維再生,改善大鼠偏癱功能。實驗發(fā)現(xiàn),在嗅鞘細胞移植治療腦出血血腫周邊及血腫灶中,OECs組的髓鞘化數(shù)量遠多于對照組,神經纖維數(shù)量也多于對照組,說明OECs有修復神經元軸突髓鞘并促進軸突延長的功能[11]。

1.4 施萬細胞(Schwann Cells,SCs)

SCs為周圍神經膠質細胞,包繞周圍神經軸突而形成髓鞘,可分泌多種神經營養(yǎng)因子、細胞外基質及細胞黏附因子,在促進中樞神經系統(tǒng)損傷修復中的作用越來越受到人們的重視。Wan H[12]等通過股動脈血提取施旺細胞并用BrdU標記,注射到基底神經節(jié),通過免疫組化雙染檢測BrdU/髓鞘堿性蛋白(MBP)和BrdU/生長相關蛋白-43(GAP-43)的表達和電鏡觀察髓鞘再生,施旺細胞在大鼠腦出血時參與髓鞘再生,促進神經功能修復。

1.5 脂肪間質干細胞(Lipoaspirate Mesenchymal Stem Cells,PLA-MSC)

PLA-MSC是從脂肪組織抽吸物中獲得的一種成纖維細胞形態(tài)的細胞群,其自我更新能力與多向分化潛能類似成體干細胞(adultste cells,ASC),最早由ZUK等[13]從抽脂術中抽取的脂肪組織懸液中分離培養(yǎng)。脂肪源性的間質干細胞起源于中胚層,為多能干細胞,在恰當?shù)恼T導條件下能向脂肪細胞、軟骨細胞、成骨細胞、肌肉細胞及上皮細胞等定向分化,可跨胚層分化為神經細胞[14]。Fatar M等[15]通過靜脈注射PLA-MSC,在腦出血24小時后,旋轉測驗發(fā)現(xiàn)移植組較對照組功能有明顯改變,組織化學和MRI形態(tài)學觀察組間損傷區(qū)域無變化,治療組中內源性祖細胞雙倍增加,通過移植脂肪間質干細胞的整合、分化和對內源性祖細胞的激活顯著改善腦出血受損功能恢復。

2 腦出血治療細胞移植途徑

2.1 立體定位移植

在腦立體定位儀下將移植細胞直接注入腦內,雖然對腦組織會造成一定的損傷,但一次性注入的細胞量可以很大。在臨床應用中,腦出血后在外科手術清除血腫的同時可結合患者的影像學資料確定適合的靶點,如：紋狀體,側腦室和受損腦組織周圍,將細胞定位植入腦內特定部位,從而達到個體化治療的目的。

2.2 經靜脈注射

Sey fried DM等[16]靜脈注射移植細胞可顯著改善腦出血大鼠對神經功能的修復。經靜脈途徑移植操作簡單、方便,對受體動物的損傷較小,但進入腦內的細胞數(shù)量較少。

2.3 經頸內動脈途徑

頸內動脈向除部分顳葉和枕葉之外的大腦前3/4供血,經頸內動脈注射能減少手術對顱部造成的損傷。Guzm an R等[17]實驗證明經頸內動脈注射可明顯改善目的細胞傳送到受損腦部位的效能,Li F等[18]在腦出血損傷后7～14天通過頸內動脈注射可更為有效的使神經干細胞到達損傷大腦半球。

3 輔助細胞移植治療

Seyfried DM等[16]為增強M SC輸送到腦出血損傷大腦,靜脈注射甘露醇1.5 g/kg,經頸內動脈輸注的MSC隨著靜脈輸注甘露醇出現(xiàn)增幅,預先服用甘露醇的MSC輸送效率于腦出血區(qū)域明顯增加。Zhong PC等[19]將瀉火補腎湯中藥合劑經口喂養(yǎng)用5-脫氧尿苷酸(5-BrdU)標記的神經干細胞移植治療的腦出血大鼠,發(fā)現(xiàn)瀉火補腎湯通過誘導IL-4 mRNA的表達和抑制IFN-gammamRNA可促進移植神經干細胞的分化存活而改善受損神經功能。劉安民等[20]研究轉人肝細胞生長因子(hHGF)人臍帶間質干細胞(hUCM SCs)移植對腦出血后脫髓鞘再生和神經功能恢復的影響,肝細胞生長因子(hepatocyte grow th factor,HGF)可使梗死灶的面積減少、凋亡細胞減少、血管生成增加。近來研究發(fā)現(xiàn),HGF對神經元的發(fā)育、存活和軸突生長與導向、軸突側促生長及神經纖維的修復等均起重要作用,轉hHGF人臍帶間質干細胞移植較單純細胞移植能明顯提高神經纖維髓鞘再生能力,促進腦出血后神經功能缺失的修復。

4 細胞移植治療腦出血的機制

4.1 移植細胞在一定條件下可以進行增殖、遷徙和分化,這些新生成的原位神經元可代替丟失的神經細胞[21],同時促進內源性再生[4]而發(fā)揮一定的功能。

4.2 移植細胞本身及其分化后分泌的多種神經營養(yǎng)因子,可激活內源性祖細胞再生。Lee H J等[2]報道,腦源性神經營養(yǎng)因子(BDNF)、膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子(GDNF)可改善腦出血結構性和功能性的修復,用過度表達F3.BDNF因子、F3.GDNF[22]因子、Akt1的神經干細胞治療腦缺血動物,可促進移植神經干細胞的分化、存活,宿主大腦內源性神經元再生的激活、血管再生和完成受損神經元功能的修復;過度表達VEGF的神經干細胞在鼠腦中風模型中能提供神經保護,促進內源性神經元再生和功能的修復[23]。4.3 移植細胞對抗腦出血引起的炎癥反應。出血繼發(fā)腦水腫,腦細胞凋亡釋放炎癥介質(如TNF-α,IL-6,NF-κappaB)等引起病理生理改變和臨床癥狀。Kim JM等[24]在腦出血24后經靜脈注射從人新鮮脂肪分離的脂肪間質干細胞,結果提示移植的脂肪間質干細胞可降低腦缺血動物腦部急性炎癥反應,抑制腦萎縮與神經膠質增生,促進長遠的功能性恢復并減少激活巨噬細胞分泌促炎細胞因子TNF,介導免疫調節(jié)修復出血大腦。

5 存在的問題和展望

細胞移植治療腦出血已獲得大量有價值的研究成果,但仍存在著諸多問題,期待更深入的研究進展。①對于特定的個體情況,選用何種細胞移植治療是最恰當?shù)?能否建立標準量表以客觀評估選擇用移植細胞來源。②移植細胞后,控制定向誘導分化的理論認識尚不成熟,還需對細胞在體內的分化誘導作更多的研究。③當前的研究證實移植細胞能促進機體內源性神經元增生,但其具體作用機制還了解不多,加強對腦內微環(huán)境、細胞因子及細胞信號傳導通路方向的研究能否在這方面有所突破。④臨床問題,如治療病種的篩選、移植時間窗的確定、移植量、最佳移植途徑選擇、療效及神經功能的評定標準、經濟問題等。⑤聯(lián)合細胞移植治療已經在動物實驗開展,并取得一定效果,但不同來源移植細胞對腦出血治療的協(xié)同效應和作用機制還有待進一步深入研究。⑥中醫(yī)活血化淤和電針刺激等輔助治療對腦組織血供,血管神經物質調節(jié),舒縮功能紊亂的改善能否促進腦出血的治療,通過何種作用機制保護損傷腦組織恢復神經功能缺損。⑦在進行細胞移植前后損傷部位的影像學檢查如3TMRI對治療期間的跟蹤隨訪,防止并發(fā)癥的發(fā)生促進細胞移植對腦出血的治療。

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