脊髓損傷中免疫療法的應用進展

吳聲霆 徐建廣

免疫療法是通過藥物或特殊材料調(diào)整和/或重建免疫系統(tǒng)能力來對抗疾病的療法[1]，其在神經(jīng)系統(tǒng)損傷的治療中已有廣泛應用[2-3]。脊髓損傷是一種高發(fā)病率和高致殘率的疾病[4]。有文獻報道，2014 年至2018 年，中國華南地區(qū)脊髓損傷的死亡率增長了148.3%[5]。

脊髓損傷的發(fā)病機制包含一系列的病理生理過程，如損傷初期的脊髓缺血將導致低血壓甚至神經(jīng)源性休克；繼發(fā)的自主神經(jīng)異常將導致心血管、呼吸和體溫調(diào)節(jié)等系統(tǒng)受損；如未得到及時治療，持續(xù)的凋亡和瘢痕形成可繼發(fā)脊髓空洞癥，影響患者的運動和感覺功能[6-8]，對患者生活質量造成極大影響。近年來研究發(fā)現(xiàn)，免疫系統(tǒng)在調(diào)節(jié)炎癥、免疫微環(huán)境和軸突再生等方面都具有關鍵作用[9]，也衍生出許多新興的免疫療法。本文將就調(diào)節(jié)免疫細胞、干細胞移植和靜脈注射免疫球蛋白3種療法在脊髓損傷中的應用進行介紹。

1 調(diào)節(jié)免疫細胞療法

免疫調(diào)節(jié)療法主要通過調(diào)節(jié)免疫細胞功能來促進脊髓損傷的恢復。與以往傳統(tǒng)的廣譜免疫抑制療法不同，其充分利用了神經(jīng)炎癥在損傷后分泌生長因子、清除細胞碎片和促進細胞成熟等積極作用，避免了廣譜抑制劑（如甲潑尼龍）大劑量使用后的機體免疫過度抑制[10]，也避免了脊髓損傷患者在大劑量激素沖擊后并發(fā)癥（如胃腸道出血、股骨頭無菌性壞死、動脈粥樣硬化等）的發(fā)生[11-12]，在保護機體免疫的同時發(fā)揮神經(jīng)保護作用。因此，免疫調(diào)節(jié)療法可能較免疫抑制療法更加安全有效。調(diào)節(jié)免疫細胞的方向有很多，可調(diào)節(jié)細胞亞型、效應因子，還可以通過減少脂質過氧化、減少氧自由基等改善炎癥微環(huán)境，進而影響細胞功能，促進神經(jīng)功能恢復。

1.1 粒細胞集落刺激因子

粒細胞集落刺激因子（G-CSF）具有很強的免疫調(diào)節(jié)能力。一方面，G-CSF 可減少白細胞介素（IL）-1b、腫瘤壞死因子（TNF）- 等炎癥因子的表達，改善炎癥微環(huán)境；另一方面，G-CSF 可上調(diào)抗凋亡蛋白（Bcl-Xl）在少突膠質細胞中的表達[13]，還可降低損傷部位星形膠質細胞轉化生長因子（TGF）- 1 和膠質纖維酸性蛋白的表達，抑制神經(jīng)膠質瘢痕形成[14]，共同發(fā)揮減少白質變性、促進功能恢復的作用[15]。此外，G-CSF 還可動員幼稚T 細胞向抗炎性的輔助性T 細胞（Th）2 表型極化并限制Th1 細胞和Th17 細胞的擴增來發(fā)揮抗炎作用[16]。既往的Ⅰ期、Ⅱa 期和Ⅱb 期臨床試驗已初步證實，靜脈注射G-CSF 治療急性脊髓損傷具有安全性和可行性[17-18]。近期Koda 等[19]開展的一項Ⅲ期臨床試驗中，對比靜脈注射G-CSF 組和安慰劑組患者在治療后3 個月、6 個月和12 個月的療效，發(fā)現(xiàn)在65 歲以上患者中，靜脈注射G-CSF組在給藥后6 個月時顯示出更好的運動恢復趨勢。Pang 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，G-CSF 還可以通過與干細胞/ 祖細胞表達的G-CSF 受體結合，促進干細胞增殖和神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌。

1.2 靶向調(diào)節(jié)藥物

脊髓損傷后軸突再生困難一直被認為是神經(jīng)功能障礙的原因之一。研究顯示，受損部位周圍的髓鞘相關抑制劑（MAI）如髓鞘源性神經(jīng)抑制因子（Nogo）、髓鞘相關糖蛋白（MAG）和少突膠質細胞-髓鞘糖蛋白（OMgp）可能是影響軸突生長的原因[21]。因此，有學者將兩種MAI 的常見受體，即Nogo 受體（NgR）和成對免疫球蛋白樣受體B（Pir B）組合制成核酸疫苗，注射入脊髓損傷大鼠體內(nèi)，利用自身免疫特性誘導髓鞘中針對抑制劑的抗體產(chǎn)生[22]，最終促進了神經(jīng)再生。

此外，脊髓損傷初期的出血可造成炎癥細胞聚集和神經(jīng)元死亡，而后的凝血更是可以引起細胞凋亡并激活炎癥細胞反應[23]。近年來，研究者還使用2 種黏液瘤病毒衍生的免疫調(diào)節(jié)蛋白Serp-1和M-T7 來調(diào)節(jié)這一病理過程，Serp-1 是絲氨酸蛋白酶抑制劑，M-T7 則是趨化因子調(diào)節(jié)劑[24]。研究證明，在脊髓損傷大鼠硬膜內(nèi)注射這兩種蛋白可以抑制炎性巨噬細胞浸潤，起到神經(jīng)保護的作用[25]。

隨著研究的深入，學者們還發(fā)現(xiàn)了更多對神經(jīng)修復有益的免疫細胞亞型，如Sas 等[26]發(fā)現(xiàn)了促進神經(jīng)元存活和軸突生長的中性粒細胞亞型。未來，可通過鞘內(nèi)注射的方式發(fā)揮神經(jīng)保護作用。總的來說，這些療法都具有臨床轉化潛力，但都需要更多研究來證實其安全性與臨床有效性。

1.3 低溫療法

脊髓損傷后的低溫療法主要可分為兩類：損傷部位的局部低溫和全身治療性低溫。局部低溫一般采用凝膠、水基冷卻毯、冰墊、冰袋等進行表面冷卻，全身低溫則采用硬膜內(nèi)注射冷鹽水、靜脈注射冷鹽水和直腸灌洗等方法使體溫降至32℃～34℃。從免疫調(diào)節(jié)的角度來看，低溫可抑制小膠質細胞和中性粒細胞增殖、炎癥因子產(chǎn)生和促凋亡因子表達[27]。動物實驗和臨床試驗均證明，在脊髓損傷后，治療性低體溫可通過減少破壞性的繼發(fā)性級聯(lián)反應（如缺血、氧化應激、炎癥和水腫等）發(fā)揮神經(jīng)保護作用[28-29]。日本和美國都有使用低溫治療小兒頸脊髓損傷的病例報道[30-31]。然而，低溫治療存在一定風險，由于體溫下降和應用靜脈導管，患者發(fā)生凝血功能障礙的可能性增加[29]。因此，還需開展更多臨床試驗來確定最佳目標溫度和治療時間。

2 干細胞移植療法

脊髓損傷后的細胞移植主要指間充質干細胞(MSC)和神經(jīng)祖細胞(NPC)的移植。目前，基于MSC 的細胞移植治療主要包括靜脈注射MSC、靜脈注射MSC 衍生的外泌體（MSC-exo）、移植MSC和生物支架。

MSC 可分泌效應蛋白，包括多種IL 以及趨化因子等，其中IL-4 可通過Janus 激酶/信號轉導及轉錄激活因子6（JAK-STAT6）途徑和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）途徑上調(diào)精氨酸酶1、殼多糖酶及CYP1A1等基因的表達，促進M2 巨噬細胞極化，調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥。此外，MSC 還可通過調(diào)節(jié)T細胞的增殖分化以及促進多種神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)保護作用[32]。在近期的Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗中，學者們在鞘內(nèi)移植MSC，并用美國脊髓損傷協(xié)會（ASIA）評分、感覺誘發(fā)電位、運動誘發(fā)電位進行長期評估，驗證了其安全有效性[33-34]。但臨床轉化還存在阻礙，原因包括MSC移植存活率低，靶向能力有限，難以通過血-脊髓-腦屏障，以及存在免疫排斥、去分化和致瘤性等問題[35]。

與MSC 相比，MSC-exo 更容易獲得和儲存，應用幾乎不受倫理限制。MSC-exo 的體積明顯小于MSC，不易被肺組織和肝組織捕獲，且更易穿過血脊髓屏障，精確有效地發(fā)揮功能[36]。近期研究顯示，MSC-exo 可通過抑制Nod1 炎癥小體有效抑制周細胞的焦磷酸化，從而保護血腦屏障完整性，還可誘導M2 巨噬細胞標志物，包括甘露醇受體（CD206）、IL-10 和Arg-1 的信使RNA 表達來促進功能恢復[37-38]。此外，MSC-exo 可作為微RNA和小干擾RNA 的載體，靶向脊髓損傷部位，既增強兩者的治療效果，也豐富了MSC-exo 治療的多樣性[39]。為了進一步消除肝臟和肺部的代謝壓力，同時也為MSC 移植提供更好的生存環(huán)境，有學者將一些具有內(nèi)在治療能力的生物材料與MSC 結合，既能提高MSC 存活、增殖和附著力，又可抑制神經(jīng)瘢痕形成、消退炎癥反應和促進神經(jīng)功能恢復 等[40]。近年的動物實驗也發(fā)現(xiàn)，NPC 可促進交感神經(jīng)節(jié)前神經(jīng)元和皮質脊髓束的軸突生長，恢復自主神經(jīng)功能和運動功能[41]。

細胞移植是一種極具潛力的免疫療法，但除了細胞自身原因外，嚙齒動物模型的局限性也是阻礙其臨床轉化的原因之一，未來需要更多大型動物（如狗、恒河猴等）實驗來解決嚙齒動物與人類形體大小和神經(jīng)解剖學差異的問題。

3 靜脈注射人免疫球蛋白G

靜脈注射人免疫球蛋白G（IgG）已臨床應用于治療自身免疫性神經(jīng)疾病，具有良好的安全性[42]。脊髓損傷后，IgG 同樣有良好的免疫調(diào)節(jié)作用，其機制可能在于IgG 分子上可變的F(ab’)2 片段和恒定的Fc 片段[43]。其中，F(xiàn)(ab’)2 片段可與細胞凋亡介質Fas 分子（Fas）結合，在脊髓損傷急性期和亞急性期，抑制Fas/Fas 配體（FasL）信號通路介導的神經(jīng)元凋亡和炎癥細胞浸潤[44]。F(ab’)2 片段還可以中和補體激活產(chǎn)物C3a 和C5a，減少白細胞趨化和攻膜復合物（MAC）的產(chǎn)生等，以減少脫髓鞘和神經(jīng)元損傷[45]，發(fā)揮抗凋亡、促修復的作用。此外，F(xiàn)(ab’)2 與內(nèi)皮細胞的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸基序結合，可拮抗整合素和細胞黏附分子的相互作用，減少炎癥細胞聚集[46]。Fc 片段則可與巨噬細胞、中性粒細胞等的細胞表面Fcg 受體結合，調(diào)節(jié)炎癥因子和抗炎因子的釋放，調(diào)節(jié)炎癥細胞的趨化。有文獻報道，F(xiàn)c 片段的N-糖基化，尤其是唾液酸化，可上調(diào)免疫效應細胞表面的抑制性受體Fc RIIB，發(fā)揮顯著抗炎作用[47]。Chio 等[48]開展對照研究，在大鼠脊髓損傷后的15 min、1 h 和4 h 分別靜脈注射高劑量IgG（2 g/kg），發(fā)現(xiàn)靜注IgG 組小鼠損傷區(qū)域的IL-8、巨噬細胞炎性蛋白1 、趨化因子配體2 和血管內(nèi)皮生長因子等促生長因子在損傷初期均明顯升高，結果表明高劑量IgG 對脊髓損傷后8 周的組織保護和神經(jīng)功能恢復均有益處。

遺憾的是，近期關于靜脈注射IgG 與脊髓損傷的臨床試驗因樣本數(shù)量原因并未取得令人滿意的結果[49]。靜脈注射IgG 可使脾臟中性粒細胞增多，血液中性粒細胞相對減少，此效應的機制以及可能對人體造成的影響還有待進一步研究。

4 結語

免疫療法的研究進展源于對脊髓損傷機制研究的不斷深入，包括神經(jīng)炎癥在損傷中的積極作用、中樞免疫與外周免疫的矛盾、免疫細胞的異質性等，這些問題目前仍是免疫治療中亟待解決的問題。為了更好地實現(xiàn)免疫療法的臨床轉化，進一步優(yōu)化給藥方式、確定給藥時間和評估臨床療效尤為重要。此外，免疫系統(tǒng)在脊髓損傷中的病理過程還有待進一步研究闡明。

免疫治療策略在脊髓損傷中已經(jīng)取得了良好的研究進展，顯示出良好的臨床轉化潛力，未來免疫療法還可與其他療法相結合，形成多模式的療法組合，為脊髓損傷患者提供更多有效的治療方案。