周虎傳 張玉波 田洪 宋川 劉磊

腦損傷所引起的神經功能損傷嚴重影響患者的生活質量，并給社會和家庭帶來沉重的經濟負擔，因此尋找損傷后神經功能修復的方法已成為目前研究的熱點，而細胞移植是修復神經損傷的方法之一。而參與移植的細胞種類繁多，為了尋找一種更好、更合適的移植細胞，本文就目前出現的各種移植細胞做一綜述。

1 神經干細胞

神經干細胞(NSC)是神經系統(tǒng)中終生保持增殖和分化潛能的細胞，處于分化的終末狀態(tài)，可通過對稱或不對稱分裂，生成新的干細胞和分化潛能逐漸降低的子細胞，最終生成中樞神經系統(tǒng)的三種主要細胞，即神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞。NSC主要存在于胚胎時期的腦室和腦室下區(qū)的組織中，也存在于成人的臨近腦室室管膜下區(qū)、側腦室的室管膜、海馬齒狀回的顆粒細胞下層、脊髓中央管膜［1］。神經細胞損傷后，體內的室管膜神經干細胞被激活并增殖、遷移到損傷部位，損傷后1個月內可新增200萬個細胞，然而這些新增細胞大部分是膠質細胞，主要促進損傷部位膠質瘢痕形成，在促進神經功能恢復是有限的，因此僅依靠內源性的神經再生不能達到完全修復神經細胞損傷的目的。因此將異體NSC移植入腦損傷患者體內促進腦損傷患者功能恢復成為必要。NSC是未分化的原始細胞，不表達成熟的細胞抗原，不被免疫系統(tǒng)識別，可以與宿主的神經組織良好融合，并在宿主體內長期存活。神經干細胞在體外也能有效增殖［2］。因此異體神經干細胞作為腦細胞移植細胞是可行的。許多研究表明，NSC移植物在宿主中樞神經系統(tǒng)(CNS)內具有明顯的生存、遷移和分化能力，由人胎腦分離的NSC在植入胚胎或新生鼠腦內后，表現為在宿主腦內遷移并進行區(qū)域特異性分化，若將人胎腦NSC植入成年大鼠室管膜下區(qū)，它們沿吻側遷移流遷移入嗅球，分化為雙極神經元，其分化命運與存留于室管膜下區(qū)的內源性NSC相同。從成年哺乳動物CNS分離的NSC也具有較強的分化潛能，而決定NSC分化命運的主要因素除局部微環(huán)境外，還包括NSC的內在特性。如成年動物脊髓NSC植入海馬齒狀回，能分化為神經元;若植入成年大鼠脊髓則不分化為神經元。將從成年動物海馬齒狀回獲得的NSC植入成年大鼠室管膜下區(qū)或遷移流后，能分化為嗅球神經元;若植入成年大鼠海馬，則產生新的海馬神經元［3］。無論胚胎或成人NSC，在移植入成人CNS非神經發(fā)生區(qū)后大部分都分化成神經膠質細胞。

目前NSC的應用還存在不少問題:如建立的NSC系絕大多數來源于鼠，而鼠與人之間存在明顯的種屬差異;神經干細胞的來源不足;部分移植的NSC發(fā)展成腦瘤;NSC轉染范圍的非選擇性表達及轉染基因表達的原位調節(jié);利用胚胎干細胞代替神經干細胞存在著社會學及倫理學方面的問題等。NSC的來源、分離、培養(yǎng)及鑒定還有許多工作要做，神經干細胞誘導、分化及遷移機制有待進一步研究。通過細胞培養(yǎng)技術及基因組的研究，如DNA微列陣技術，進一步明確成體神經干細胞的確切位置，可以設計藥物特異性地激活這些細胞。進一步認識NSC的本質和控制分化基因，通過調控靶基因，可以從NSC誘導產生特定的分化細胞來滿足各種需要。橫向分化的發(fā)現對NSC的研究和應用具有重要意義，人們有望從自體中分離誘導出神經干細胞，有可能解決NSC的來源問題，NSC的應用將有廣闊的前景。

2 間質干細胞

間質干細胞是中胚葉來源細胞，已經從骨髓、脂肪組織、臍帶血、胎盤、胰腺分離出來。間質干細胞具有強大的免疫調節(jié)效應，能有效抑制T細胞、B細胞、NK細胞的增生和功能，從而減少了免疫排斥反應，增加間質干細胞受體的耐受。一旦間質干細胞能從捐獻者身上分離、擴增并冷藏保存，這種免疫抑制特點使間質干細胞成為異體細胞移植的一個重要選者類型。有研究報道骨髓來源的間質干細胞能產生神經元細胞和許多組織特異細胞表型。有研究報道證實向新生鼠大腦側腦室移植入間質干細胞，間質干細胞可移行并分化為嗅球顆粒細胞和室周星形細胞［4］;有研究報道證實移植入大鼠體內的間質干細胞可移行到損傷的腦組織并存活下來，有部分植入的間質干細胞表達神經元和星形細胞的標志，間質干細胞治療顯著提高了腦損傷后神經功能恢復;研究證實在大鼠大腦損傷后6 h內盡早向鞘內注入1百萬個間質干細胞，注入的間質干細胞可提供神經保護;在腦外傷、中風后24 h內或1周內注入間質干細胞2～8百萬個也顯著提高神經功能恢復結果;在卒中后1個月注入間質干細胞3百萬個證實具有治療學意義。間質干細胞表達趨化因子受體4(CXCR4)、SDF1與趨化因子4(CXCR4)相互作用，可能促使植入的間質干細胞移向損傷腦組織［5］。間質干細胞分泌各種各樣的生長因子包括腦源性神經營養(yǎng)因子(BDNF)、血管內皮生長因子(VEGF)、成纖維生長因子(FGF)，因而可擴大內生腦組織水平。間質干細胞也能誘導內源性實質細胞產生這些生長因子，這些營養(yǎng)因子能增強腦損傷邊緣區(qū)的血管再生和血管穩(wěn)定，而腦損傷邊緣區(qū)是在腦內存活下來的大多數間質干細胞定植的地方。間質干細胞能增加VEGF的表達促進卒中后血管再生，這些生長因子也能促進神經再生。間質干細胞不僅能增加腦損傷后邊緣帶和海馬的血管密度，而且能增加大鼠腦損傷后的海馬亞粒狀區(qū)和側腦室下區(qū)的神經再生。另外，間質干細胞可誘導損傷腦組織星形細胞中骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP2、BMP4、連接蛋白的表達，并能促進突觸發(fā)生，在卒中大鼠，間質干細胞不僅與增強血管再生、神經再生、突觸發(fā)生一致，間質干細胞能顯著減少膠質瘢痕形成并能促進神經膠質軸突重塑［6］，因此間質干細胞發(fā)揮的治療作用可能不僅歸因于少量的分化為腦細胞的間質干細胞，然而間質干細胞似乎作為營養(yǎng)因子的產生細胞通過血管再生、神經再生、突觸再生和軸突重塑促進了腦功能恢復。如果腦損傷大鼠延遲治療，僅靠間質干細胞的單獨作用，不能減少腦外傷后的腦損傷體積，而隨間質干細胞一起植入的膠原支架確能減少腦損傷體積，促進間質干細胞移行入損傷邊緣帶，并且改善立體空間學習和感覺運動功能［7］。

3 臍帶血來源的干細胞

臍帶血來源細胞因為具有易于收集、較大的可用性、相對較低的免疫原性可以減少排斥反應、可以靜脈注射植入等特點，因此可能成為細胞移植的備選細胞。臍帶血來源干細胞能分化為造血干細胞和非造血干細胞，臍帶血來源干細胞由未成熟的淋巴細胞和單核細胞組成，大約有1%的單核細胞是CD+34細胞，CD34是造血干細胞和內皮祖細胞的標志物［8］。臍帶血來源干細胞的不成熟性增加了其轉分化為其他細胞類型用于自體和異體移植的可能性。另外，臍帶血來源干細胞產生間充質細胞，間充質細胞在體外能大量增殖，因不能分化為脂細胞，所以分化譜系有限。內皮祖細胞能分泌血管生長因子和促進神經再生，已經從臍帶血來源CD+34細胞分離出來，在體外可促進胚胎干細胞生長。臍帶血細胞被建議用于神經性障礙的治療，因為臍帶血細胞能分化為膠質細胞和神經元樣細胞［9］。

4 造血干細胞

造血干細胞存在于循環(huán)末梢血和骨髓中。它們分化為其他細胞類型的潛能還沒有被證實，但是研究表明造血干細胞自體移植能調節(jié)因自體免疫復合物導致的神經變性疾病的早期免疫應答［10］。

5 脂肪來源基質細胞衍生干細胞

ADSCs是間充質細胞的一個備選來源，能分化為脂肪細胞、骨細胞、肌肉。這些多能干細胞易于培養(yǎng)擴增，適用于自體干細胞移植。然而幾乎沒有研究證實這些細胞可以分化非中胚層組織細胞系，如神經元。而且也沒有顯示出這些細胞在神經變性疾病動物模型上有治療意義［11］。

6 子宮內膜再生細胞

子宮內膜再生細胞是間充質樣細胞，能分化各種中胚層、外胚層和內胚層組織。子宮內膜再生細胞不表達間充質細胞標志物STRO-1，但是可以表達非造血干細胞表型和胚胎干細胞標志物oct-4細胞擴增證實子宮內膜再生細胞沒有至腫瘤性、沒有致畸染色體核型和功能。初步研究證實子宮內膜再生細胞具有免疫調節(jié)特性，這對異體移植是需要的。子宮內膜再生細胞是一種引人注目的新的干細胞備選細胞;因為可以無創(chuàng)的從月經血里收集這種細胞，并且具有強大的增生能力，已經證實對四肢缺血和壞死模型具有治療效果［12］。

7 胚胎干細胞

胚胎干細胞(ESCs，簡稱ES或EK細胞)是早期胚胎(原腸胚期之前)或原始性腺中分離出來的一類細胞，它具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性。無論在體外還是體內環(huán)境，ES細胞都能被誘導分化為機體幾乎所有的細胞類型。研究者在1995年從獼猴分離出第一個胚胎干細胞，幾年后又從絨猴和人類分離出胚胎干細胞［13］。人體胚胎干細胞系的開發(fā)代表胚胎干細胞為發(fā)育生物學、藥物發(fā)現、移植、再生醫(yī)學的研究提供了無限的細胞來源。但是在它們的潛能被利用之前，需要做更多的鑒定和評估來克服它們在應用中的遺傳問題:如缺乏遺傳穩(wěn)定性，致畸胎瘤的風險、缺乏長期生存的能力。

8 來源于孤雌生殖、體細胞核移植和改變的體細胞核移植的ES樣細胞

因為用胚胎干細胞進行研究有許多限制因素，所以研究者找到了一種與ES具有相似特點的細胞，主要通過孤雌生殖、體細胞核轉移和改變的體細胞核轉移獲得這種細胞，這種方法避開了為了獲得ES而致胚芽死亡的倫理問題。孤雌生殖是一種無性繁殖，胚芽的形成不需要雄性受精;缺乏雄性的DNA意味著孤雌生殖不會充分發(fā)育，但是能提供囊胚，產生能分化為各種需要的細胞類型的ES。哺乳類動物卵母細胞在體外激活后其孤雌激活胚可以發(fā)育到囊胚期，在鼠和非人靈長類如猴子中已建立了孤雌胚胎干細胞系，具有ES相似的多潛能性。人類卵母細胞可在體外激活后成功獲得孤雌激活胚，并在體外培養(yǎng)可發(fā)育至囊胚。研究發(fā)現孤雌ES系經體外培養(yǎng)誘導，可以分化成多巴胺能神經元細胞、自發(fā)跳動的心機樣細胞、脂肪細胞、上皮細胞。在患有嚴重免疫缺陷病的小鼠腹腔培養(yǎng)，該細胞系發(fā)育成完全分化的軟骨組織、肌肉和骨骼、神經元、黑素細胞、皮膚和毛囊、腸道和呼吸道上皮組織。體細胞核移植又稱體細胞克隆，作為動物細胞工程技術的常用技術手段，即把體細胞核移入去核卵母細胞中，使其重組并能發(fā)育為新的胚胎。雖然至少有一項研究報道通過體細胞核移植成功獲得ES樣細胞，但是這種方法成功率很低，仍然存在倫理方面的問題，因為這種方法仍然會產生一個能充分發(fā)育并且能植入的胚芽。改變的體細胞核移植是一種更容易被接受的克隆變體。在體細胞核移入去核卵母細胞之前，體細胞核內用于胚胎形成必不可少的基因被徹底改變了，從而不能發(fā)育成胚胎，但是能獲得ES樣細胞［14］。

9 誘導性多能干細胞

誘導性多能干細胞來源于皮膚成纖維細胞，成纖維細胞通過一組組合基因的激活使其脫分化為多能干細胞。這種技術繞開了破壞胚芽、克隆技術、卵母細胞的利用率等存在倫理問題。研究者已經成功的從齒嗤類、獼猴、人類獲得了誘導性多能干細胞，他們已經從肌萎縮側索硬化、脊髓性肌萎縮、帕金森患者的成纖維細胞獲得誘導性多能干細胞。從患病供體獲得誘導性多能干細胞可能推進個體化用藥和體外疾病模型的發(fā)展。此外，誘導性多能干細胞移植可以讓受體與供體得到完美的免疫匹配，雖然這種移植的臨床可行性還需要解決與移植物存活、長期分化、遺傳穩(wěn)定性相關的主要問題。已有研究證實結合維甲酸誘導和無血清培養(yǎng)基篩選方法，可以高效率誘導人誘導性多能干細胞向神經干細胞轉化［15］。

1 Johansson CB，Momma S.Identification of a neural stem cell in the adult mammalian central nervous system.Cell，1999，96:25-34.

2 Cattaneo E，McKay R.Proliferation and differentiation of neuronalstem cells regulated by nerve growth factor.Nature，1990，347:762-765.

3 Hsu YC，Lee DC，Chiu IM.Neural stem cells，neural progenitors，and neurotrophic factors.Cell Transplant，2007，16:133-150.

4 Greco SJ，Rameshwar P.Enhancing effect of IL-1alpha on neurogenesis from adult human mesenchymal stem cells:implication for inflammatory mediators in regenerative medicine.J Immunol，2007，179:3342-3350.

5 Mahmood A，Lu D，Wang L.Intracerebral transplantation of marrow stromal cells cultured with neurotrophic factors promotes functional recovery in adult rats subjected to traumatic brain injury.J Neurotrauma，2002，19:1609-1617.

6 Shen LH，Li Y，Chen J.Therapeutic benefit of bone marrow stromal cells administered 1 month after stroke.J Cereb Blood Flow Metab，2007，27:6-13.

7 Chen X，Katakowski M，Li Y.Human bone marrow stromal cell cultures conditioned by traumatic brain tissue extracts:growth factor production.J Neurosci Res，2002，69:687-691.

8 Chen J，Li Y，Wang L.Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats.Stroke，2001，32:1005-1011.

9 Sanchez-Pernaute R，Studer L，Bankiewicz KS.In vitro generation and transplantation of precursor-derived human dopamine neurons.J Neurosci Res，2001，65:284-288.

10 Burt RK，Cohen B，Rose J.Hematopoietic stem cell transplantation for multiple sclerosis.Arch Neurol，2005，62:860-864.

11 McCoy MK，Martinez TN，Ruhn KA.Autologous transplants of adiposederived adult stromal(ADAS)cells afford dopaminergicneur oprotection in a model of Parkinson’s disease.Exp Neurol，2008，210:14-29.

12 Hida N，Nishiyama N，Miyoshi S.Novel cardiac precursor-like cells from human menstrual blood-derived mesenchymal cells.Stem Cells，2008，26:1695-1704.

13 Cai J，Donaldson A，Yang M.The role of Lmx1a in the differentiation of human embryonic stem cells into midbrain dopamine neurons in culture and after transplantation into a Parkinson’s disease model.Stem Cells，2009，27:220-229.

14 Hurlbut WB.Altered nuclear transfer:A way forward for embryonic stem cell research.Stem Cell Rev，2005，1:293-300.

15 Wernig M，Zhao JP，Pruszak J.Neurons derived from reprogrammed fibroblasts functionally integrate into the fetal brain and improve symptoms of rats with Parkinson’s disease.Proc Natl Acad Sci US A，2008，15:5856-5861.