減少脊髓損傷后膠質(zhì)瘢痕形成方法的研究進(jìn)展

韋入菲 曾高峰

廣西醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院（南寧530021）

脊髓損（spinal cord injury，SCI）傷是一種致殘性疾病，SCI 患者存活率低且無法完全治愈。在美國，每年SCI發(fā)病率約為54/1 000 000，SCI患者就業(yè)率低、生活花費高，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失［1-2］。SCI后星形膠質(zhì)細(xì)胞（astrocytes，AS）迅速活化，使損傷區(qū)域無法繼續(xù)擴(kuò)散，后形成膠質(zhì)瘢痕，膠質(zhì)瘢痕可以分泌一種抑制神經(jīng)元生長和可塑性的分子——硫酸軟骨素蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycans，CSPGs）。膠質(zhì)瘢痕一方面可以限制病灶的擴(kuò)大，保護(hù)損傷周邊組織免受傷害［3］；另一方面限制了神經(jīng)元的再生和損傷的修復(fù)［4-5］。無論如何，了解減少SCI 后膠質(zhì)瘢痕形成的方法可為SCI 的治療提供一種選擇。可控地減少膠質(zhì)瘢痕的形成對SCI 的治療意義重大。近幾十年來，SCI的治療取得了巨大的進(jìn)步，但仍無法治愈，這一事實給未來的研究提出了巨大的挑戰(zhàn)。本文對近三年減少SCI 后膠質(zhì)瘢痕形成的方法的文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，為研究者提供參考。

1 單一的方法

1.1 引入神經(jīng)導(dǎo)管引入預(yù)血運神經(jīng)導(dǎo)管可減少AS 數(shù)量和AS 膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）的形成，進(jìn)而抑制膠質(zhì)瘢痕的形成，避免了靜脈注射間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）的缺陷，提示預(yù)血運神經(jīng)導(dǎo)管可能是一種潛在的SCI 修復(fù)的生物材料，為擴(kuò)大預(yù)血運細(xì)胞片在SCI 修復(fù)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)［6］。用梯狀多孔通道壁和納米纖維通道壁制作的兩種PLLA 多通道管道植入大鼠脊髓全橫斷損傷模型后，巨噬細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞浸潤、AS 和膠原瘢痕堆積明顯減輕［7］。多通道神經(jīng)導(dǎo)管在脊髓損傷治療中具有明顯優(yōu)勢，這種仿生支架為再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用人工移植物提供了另一種選擇。

1.2 軟骨肽酶ABC 分解瘢痕軟骨肽酶ABC（Chondroitinase ABC ，ChABC）可通過降低活化的AS 產(chǎn)生CSPGs 的能力來分解膠質(zhì)瘢痕，可為后續(xù)移植物更好地發(fā)揮作用奠定基礎(chǔ)，但使用ChABC分解瘢痕可能會導(dǎo)致炎癥的擴(kuò)散［8］。另一研究表明，脊髓內(nèi)注射2.5 mol/L 蔗糖穩(wěn)定的ChABC 通過降解CSPG 的糖胺聚糖側(cè)鏈可減少慢性SCI 膠質(zhì)增生并局部改變膠質(zhì)瘢痕細(xì)胞外基質(zhì)，為神經(jīng)再生創(chuàng)造有利條件，該方法可有效減少注射ChABC降解速度快的問題，使ChABC 在脊髓內(nèi)更持久地發(fā)揮作用［9］。為解決局部注射ChABC 導(dǎo)致組織損傷、免疫原性和感染的風(fēng)險，通過磁分離將轉(zhuǎn)基因ChABC 導(dǎo)入施萬細(xì)胞，使其穩(wěn)定表達(dá)ChABC，從而降低活化AS 產(chǎn)生CSPGs 的能力［10］。以上方法均為今后的臨床應(yīng)用提供了更多的選擇，但仍需進(jìn)一步的優(yōu)化和探索。

1.3 細(xì)胞移植MSCs 移植可通過MMP2/STAT3途徑減少炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)AS 增生，增加急性AS 病來減輕瘢痕的形成。但MSCs 移植的質(zhì)量控制和發(fā)生白血病等安全性問題亟待解決［11］。通過抑制膠質(zhì)細(xì)胞的增生，人羊膜MSCs 移植可減少膠質(zhì)瘢痕的形成，且可靜脈移植獲得與原位移植相似的效果，為今后的應(yīng)用提供了新的途徑，擴(kuò)大了潛在的應(yīng)用范圍［12］。膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子高表達(dá)的人神經(jīng)干/祖細(xì)胞移植可保護(hù)部分受損的皮質(zhì)脊髓纖維，促進(jìn)迂回回路的形成，顯著減少膠質(zhì)瘢痕的形成和病變體積，且具有植入性強(qiáng)、存活時間長、分布廣泛、促進(jìn)病灶及鄰近區(qū)域的神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞分化等優(yōu)點［13］。另一研究［14］表明鼻咽癌細(xì)胞移植可通過改變微環(huán)境來減輕炎癥，使反應(yīng)性AS 增生顯著減少，但其長期安全性尚未得到驗證。表達(dá)寡核苷酸的人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（human mesenchymal stem cells，hMSCs）移植也減少了SCI 中膠質(zhì)瘢痕的形成，寡核苷酸的表達(dá)增強(qiáng)了hMSCs 的治療效果，且使用基因修飾的hMSCs 來表達(dá)寡核苷酸被認(rèn)為是治療SCI 的一種安全方法［15］。Wharton 凝膠來源的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（Wharton′s jelly derived mesenchymal stromal cells，WJ-MSCs）移植具有治療SCI 的潛力，應(yīng)用WJMSCs 衍生條件培養(yǎng)液是一種公認(rèn)的使移植細(xì)胞有限存活的方法，其減少了反應(yīng)性AS 的數(shù)量，但WJ-MSCs 可引發(fā)全身免疫學(xué)反應(yīng)，需進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)［16］。綜上所述，細(xì)胞移植在SCI 后為減少AS 的活化與增生和促進(jìn)損傷的修復(fù)與神經(jīng)元的再生作出了巨大的貢獻(xiàn)，但其移植效率、成功率仍無法滿足臨床的需求。

1.4 蛋白的作用組蛋白H1 可通過上調(diào)AS 編碼蛋白的mRNA 的表達(dá)，調(diào)節(jié)膠質(zhì)形成、遷移、凋亡和細(xì)胞增殖來減少AS 的膠質(zhì)生成及活化來影響損傷的成人脊髓瘢痕的形成，是一種具有治療SCI潛力的分子［17］。有研究［18］發(fā)現(xiàn)丙酮酸乙酯可在體內(nèi)外水平上通過抑制高遷移率族蛋白B1 表達(dá)來減輕體外氧糖剝奪/復(fù)氧所致的AS 活化和水通道蛋白4 表達(dá)，但其長期效果和具體機(jī)制有待研究，而另一研究［19］卻發(fā)現(xiàn)抑制高遷移率族蛋白B1/核轉(zhuǎn)錄因子κB 通路可減少AS 的凋亡，增強(qiáng)AS 的活性，兩者研究結(jié)果不同。有體內(nèi)研究［20］表明，SCI 后，TGN-020 可下調(diào)水通道蛋白4 的表達(dá)，進(jìn)而減輕繼發(fā)性水腫和抑制AS 的增生，這為SCI 的治療提供了一個新的方向，但長期效果未知。

1.5 將AS 轉(zhuǎn)化成神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)源性AS 原位重編程生成誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞或神經(jīng)元可能是SCI 修復(fù)的潛在策略。在SCI 后Zfp521 可將成年大鼠損傷的脊髓中駐留的AS 重新編程為神經(jīng)元，大鼠脊髓AS 可通過一個單轉(zhuǎn)錄因子Zfp521 的前體細(xì)胞階段在體內(nèi)間接地重新編程為功能神經(jīng)元，這可能是SCI 修復(fù)的一種潛在策略［21-22］。單獨的Brn2 亦可將AS 轉(zhuǎn)化為神經(jīng)祖細(xì)胞和神經(jīng)元，且這種轉(zhuǎn)化與細(xì)胞微環(huán)境有關(guān)，其轉(zhuǎn)換效率受AS 的增殖能力或細(xì)胞衰老、培養(yǎng)條件和AS 來源的影響［23］。單一轉(zhuǎn)錄因子SOX10 可在體內(nèi)將AS 重編程為少突膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞，但SOX10 的功能高度依賴于其表達(dá)水平，且轉(zhuǎn)化的細(xì)胞具有不穩(wěn)定性［24］。另外成熟的AS 可以被單一的轉(zhuǎn)錄因子Oct4 直接轉(zhuǎn)化為iNSCs，并且iNSCs 表現(xiàn)出典型的神經(jīng)球形態(tài)、真實的NSC 基因表達(dá)、自我更新能力和多能性，且持續(xù)的聲波刺激可增強(qiáng)轉(zhuǎn)化效率［25］。以上的方法均可減少AS 的數(shù)量，甚至可產(chǎn)生神經(jīng)祖細(xì)胞或神經(jīng)元，是具有潛力的SCI 修復(fù)方法，同時因為不需要植入外源性細(xì)胞，該方法在臨床上的障礙較少，但轉(zhuǎn)錄因子的重編程效率較低。因此，在重編程過程中應(yīng)充分考慮各個因素，以提高轉(zhuǎn)化效率。

1.6 光生物調(diào)節(jié)作用光生物調(diào)節(jié)作用可通過抑制震中旁區(qū)GFAP 的表達(dá)和CSPGs 的分泌來降低AS 的活化，并通過調(diào)節(jié)M1 巨噬細(xì)胞來下調(diào)CSPGs的表達(dá)，進(jìn)而減少膠質(zhì)瘢痕的形成，是一種比較安全的方法，有望實現(xiàn)其更廣泛的臨床應(yīng)用，但對AS 最有效的光參數(shù)和光生物調(diào)劑的作用對SCI 治療的長期效果有待探索［26］。

1.7 巨噬細(xì)胞的作用IL-4-M2 巨噬細(xì)胞可誘導(dǎo)反應(yīng)性AS 極化，通過減少IL-4-M2 巨噬細(xì)胞的產(chǎn)生或抑制其活性，進(jìn)而抑制β1-整合素和Wnt/βcatenin 途徑而抑制AS 的極化，從而減少瘢痕的形成。這個發(fā)現(xiàn)為控制AS 極化提供了分子靶點，有利于在不同的時期選擇性地控制AS 的極化和瘢痕的形成［27］。SCI 后弱激光治療可通過下調(diào)M1 巨噬細(xì)胞極化來減輕炎癥，進(jìn)而減少AS 活化、CSPG表達(dá)和膠質(zhì)瘢痕形成，是安全性較高的方法，但相關(guān)機(jī)制尚未十分明確［28］。

1.8 基因調(diào)控沉默miR-106-3p 后M1 型細(xì)胞表達(dá)下調(diào)，M2 型細(xì)胞表達(dá)上調(diào)，促炎因子水平明顯降低，沉默miR-106-3p 可通過滅活炎性小膠質(zhì)細(xì)胞來減少SCI 后瘢痕形成，促進(jìn)運動功能恢復(fù)，保護(hù)神經(jīng)化環(huán)境［29］。成年小鼠AS中可誘導(dǎo)的MAP3K13基因缺失，通過下調(diào)AS 增生激活因子pSTAT3 和SOX9 的表達(dá)減少AS 的增生和膠質(zhì)瘢痕的形成。MAP3K13 是AS 反應(yīng)性的關(guān)鍵細(xì)胞內(nèi)在調(diào)節(jié)因子，為治療SCI 的又一潛在靶點［30］。基因調(diào)控可實現(xiàn)更精準(zhǔn)的SCI 治療，但存在費用高和長期效果不明等問題。

1.9 大腫瘤抑制因子激酶1 過表達(dá)大腫瘤抑制因子激酶1 過表達(dá)可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程抑制AS 增殖，同時可能通過調(diào)節(jié)cyclinD1、p27kip1 和p-YAP 的表達(dá)在抑制AS 增生中發(fā)揮重要作用，但其調(diào)控SCI 的確切機(jī)制有待進(jìn)一步研究［31］。

1.10 基于聚唾液酸的米諾環(huán)素納米給藥系統(tǒng)基于聚唾液酸的米諾環(huán)素納米給藥系統(tǒng)在體內(nèi)外均具有明顯的抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用，能顯著保護(hù)SCI大鼠的神經(jīng)元和髓鞘免受損傷，減少膠質(zhì)瘢痕的形成，其研究結(jié)果可能為SCI 的聯(lián)合治療和聚唾液酸在其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用提供新的策略，但其明確作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究［32］。

2 聯(lián)合的方法

2.1 四面體骨架核酸和神經(jīng)干細(xì)胞的協(xié)同治療四面體骨架核酸可以被帶入NSCs 并促進(jìn)原代NSC的增殖，在體內(nèi)四面體骨架核酸可以增加移植神經(jīng)干細(xì)胞的存活率，促進(jìn)其向神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化，抑制其向AS 分化，進(jìn)而減少膠質(zhì)瘢痕的形成，且其聯(lián)合治療效果優(yōu)于單獨NSCs 移植效果，在SCI的神經(jīng)再生治療中展現(xiàn)出巨大的潛力，為今后SCI的協(xié)同治療策略提供了新的證據(jù)［33］。

2.2 聚吡咯/聚乳酸與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞共移植聚吡咯/聚乳酸支架通過恢復(fù)SCI 的導(dǎo)電性改變微環(huán)境來減少神經(jīng)細(xì)胞的凋亡和自噬，顯著減輕了繼發(fā)性組織損傷，顯著減少AS 的活化［34］，且聚吡咯/聚乳酸與MSCs 共移植可促進(jìn)脊髓功能恢復(fù)，MSCs 移植提高了聚吡咯/聚乳酸的療效和存活率，并分化為神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，減少膠質(zhì)瘢痕的形成，具有恢復(fù)電導(dǎo)和促進(jìn)功能恢復(fù)的巨大潛力［35］。因此，利用導(dǎo)電支架修復(fù)SCI 可作為一種新的修復(fù)方法。

2.3 聚乳酸-羥基乙酸納米粒的聯(lián)合應(yīng)用通過將軟骨肽酶ABC 包埋在聚乳酸-羥基乙酸（poly lacticco-glycolic acid ，PLGA）納米顆粒中，對SCI 中膠質(zhì)瘢痕CSPGs 進(jìn)行更好的消化，負(fù)載的微粒可能成為脊髓修復(fù)、功能恢復(fù)和軸突再生合適的選擇［36］。由神經(jīng)保護(hù)藥物鹽酸米諾環(huán)素和神經(jīng)再生藥物紫杉醇組成的雙傳遞系統(tǒng)，紫杉醇包裹的PLGA 微球與鹽酸米諾環(huán)素一起引入到海藻酸鈉水凝膠中，雙給藥后28 d 大鼠瘢痕組織減少，神經(jīng)元再生增加，其效果較其他實驗組快速且持續(xù)［37］。FGF2/PLGA 支架可顯著降低SCI 中GFAP 的表達(dá)，可以預(yù)防挫傷后脊髓實質(zhì)AS 增生，為進(jìn)一步開發(fā)功能化FGF-2/PLGA 支架奠定了基礎(chǔ)［38］。將丙戊酸鈉（valproic acid，VPA）包裹在PLGA 超細(xì)纖維中制作成VPA/PLGA 支架，其在損傷部位不會引起炎癥反應(yīng)，且損傷部位的膠質(zhì)瘢痕減少，可與其他治療方法相結(jié)合，獲得更優(yōu)的治療效果［39］。另外，在體外PLGA/GO/BDNF 納米纖維能最大限度地抑制NSCs 向AS 分化，然而在體內(nèi)PLGA/GO 納米纖維局部釋放IGF-1 和/或BDNF 與PLGA/GO 組相比，在減少膠質(zhì)瘢痕大小方面沒有顯著差異，且在體內(nèi)會產(chǎn)生毒性反應(yīng)，今后需系統(tǒng)地評價和改善其生物相容性［40］。雖然PLGA 的聯(lián)合應(yīng)用對膠質(zhì)瘢痕的影響不太一致，除PLGA/GO/BDNF 納米纖維外，以上材料均具有良好的體內(nèi)生物相容性、可降解性，是進(jìn)行SCI 治療的較好的選擇，不過由于研究時間的限制，很多材料的長期作用效果和不良反應(yīng)未知，尚需進(jìn)一步的研究。

2.4 含膠原結(jié)合結(jié)構(gòu)域的肝細(xì)胞生長因子與肝細(xì)胞生長因子相比，含膠原結(jié)合結(jié)構(gòu)域的肝細(xì)胞生長因子能顯著促進(jìn)軸突生長，同時通過減少GFAP 陽性面積來限制瘢痕形成，而明膠FA 可能為含膠原結(jié)合結(jié)構(gòu)域的肝細(xì)胞生長因子的神經(jīng)再生和協(xié)同作用提供一個最佳環(huán)境。因此，含膠原結(jié)合結(jié)構(gòu)域的肝細(xì)胞生長因子聯(lián)合水凝膠支架有望成為治療嚴(yán)重SCI 的有效方法，但其治療橫斷性損傷的效果不如其他類型損傷理想［41］。

3 總結(jié)與展望

脊髓損傷尚無法根治，其給患者和社會帶來了巨大的負(fù)擔(dān)，也給相關(guān)的醫(yī)務(wù)工作者帶來了巨大的挑戰(zhàn)。隨著越來越多的治療方法被發(fā)現(xiàn)，從單一到聯(lián)合的治療方法，由體外實驗到動物實驗再到臨床試驗，這一切都證明了SCI 的治療在發(fā)展和進(jìn)步，新的可能被發(fā)掘，基因治療、聯(lián)合治療和新材料協(xié)助治療是SCI 治療的新趨勢，更精準(zhǔn)、有效和安全的方法是目前努力的方向。盡管現(xiàn)有的研究中也存在著許多待改善的問題，如技術(shù)難度高、效率低、可控性低和危險性高［42-43］等，且大部分新的方法尚未應(yīng)用于臨床，其在人體和臨床上的應(yīng)用效果不詳。但聯(lián)合治療有望解決這些問題，新材料的開發(fā)和材料的新應(yīng)用也為此做出了巨大貢獻(xiàn)。在今后的研究中研究者們可在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上努力實現(xiàn)更精準(zhǔn)有效、可及性更高和更安全的應(yīng)用，且可進(jìn)行聯(lián)合治療以更好地減少刺激性和危險性，研發(fā)更安全、更具生物親和力和可靶向治療的新材料，努力推進(jìn)更多安全有效的方法進(jìn)入臨床，除SCI 患者之病痛。