喬立艷 耿同超

腦卒中的神經(jīng)干細(xì)胞移植進(jìn)展

喬立艷 耿同超

腦卒中是世界范圍內(nèi)第二常見的死亡原因，也是成人最常見的殘疾原因，世界每年因腦卒中導(dǎo)致500萬患者死亡。

雖然近年來腦卒中的治療有了實質(zhì)性的進(jìn)展，但是阿司匹林只能減少1﹪的死亡率和卒中復(fù)發(fā)率，溶栓技術(shù)由于時間窗很窄，限制了臨床推廣。

腦卒中患者常常會有一些自發(fā)的恢復(fù)，神經(jīng)康復(fù)治療也會有利于患者的恢復(fù)，但是這些離完全恢復(fù)是有距離的，臨床上迫切需要尋找新的治療方向。

一、細(xì)胞移植用于腦卒中治療的理論基礎(chǔ)

神經(jīng)修復(fù)學(xué)（Neurorestoratology）是一門研究神經(jīng)再生、神經(jīng)修補(bǔ)或替代、神經(jīng)重塑、神經(jīng)調(diào)控的神經(jīng)科學(xué)亞學(xué)科[1]。在腦組織，這門學(xué)科的一個重要基礎(chǔ)就是證實神經(jīng)干細(xì)胞的存在。神經(jīng)干細(xì)胞具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織發(fā)生損傷后，內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞可增殖、遷徙和分化，并參與神經(jīng)再生和腦組織的功能的恢復(fù)。長期以來，人們認(rèn)為神經(jīng)細(xì)胞形成僅限于在胚胎發(fā)育及出生后早期，但是大量的證據(jù)證實，在哺乳動物成年期也存在神經(jīng)干細(xì)胞，并且在兩個區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生新的神經(jīng)元，即腦室下區(qū)（Subventricular zone）和海馬齒狀回的顆粒下層（Subgranular layer）[2]。而且在因急性缺血性腦卒中而死亡的患者中，發(fā)現(xiàn)有同側(cè)腦室下區(qū)的細(xì)胞增生現(xiàn)象[3]。腦梗死發(fā)生以后，研究表明[4]在缺血半暗帶區(qū)域有神經(jīng)再生的證據(jù)，而且再生細(xì)胞主要集中在血管附近。然而，這些內(nèi)源性的神經(jīng)干細(xì)胞對于逆轉(zhuǎn)腦卒中所帶來的腦組織損害是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此人們把目光投向外源性神經(jīng)干細(xì)胞。

二、干細(xì)胞移植治療卒中的目的

腦卒中是指因腦局部血液循環(huán)障礙，導(dǎo)致腦血管閉塞和腦血管破裂形成，并引起相應(yīng)神經(jīng)功能缺損的疾病，分為缺血性卒中和出血性卒中。腦卒中后，不像帕金森病等其他疾病，表現(xiàn)為特定的神經(jīng)細(xì)胞受損，而是所有腦組織的丟失。因此對于一個特定的卒中事件來說，期望細(xì)胞移植起的作用不僅是恢復(fù)神經(jīng)成分，還包括支持成分，如血管等組織。

三、治療腦卒中移植細(xì)胞的種類來源

理想的移植細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)是既安全又有最大程度的療效。對于血液骨髓重建來說，可能一個單一的細(xì)胞就足夠了，但是對于腦卒中來說，需要足夠數(shù)量的細(xì)胞，因此欲移植的細(xì)胞需要在體外擴(kuò)增。胚胎干細(xì)胞由于倫理和安全性（如feederindependent擴(kuò)增和畸胎癌形成）限制了其在臨床上的應(yīng)用。用于治療腦卒中的細(xì)胞主要是神經(jīng)干或祖細(xì)胞、骨髓間質(zhì)細(xì)胞、臍帶血細(xì)胞、永生細(xì)胞系、胚胎干細(xì)胞和嗅鞘細(xì)胞等[5]。

四、神經(jīng)干細(xì)胞治療腦卒中的方法

目前臨床上應(yīng)用干細(xì)胞治療腦梗死大致來說有兩種方法：內(nèi)源性和外源性。內(nèi)源性是指誘導(dǎo)已經(jīng)存在的神經(jīng)干細(xì)胞移動和分化的方法，如使用集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）。G-CSF在惡性血液疾病常規(guī)用于為移植動員干細(xì)胞，在腦卒中動物模型中應(yīng)用具有神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)再生功能。在人類腦卒中中應(yīng)用Ⅰ期臨床試驗中證明是安全的。但是其有效性還需進(jìn)一步的試驗證實[6]。外源性是指在體外細(xì)胞培養(yǎng)擴(kuò)增，然后將細(xì)胞通過局部（直接腦實質(zhì)移植）或者系統(tǒng)應(yīng)用（靜脈、動脈、腦脊液）移植給患者。

不管移植途徑如何，移植的神經(jīng)干或祖細(xì)胞通過血液和腦脊液循環(huán)，沿著由腦損傷誘導(dǎo)的前炎性細(xì)胞因子和化學(xué)趨化因子梯度長距離移動[6]。與此同時，這種梯度也會促進(jìn)移植的干細(xì)胞和活化的上皮或室管膜細(xì)胞相互作用，最終促進(jìn)移植的干細(xì)胞歸巢（定位）于神經(jīng)損害部位[7]。Imitola等[8]將99TCm給自體骨髓單個核細(xì)胞標(biāo)記，給慢性缺血性腦卒中患者經(jīng)動脈移植，結(jié)果顯示在2 h后細(xì)胞定位于腦（腦梗死側(cè)優(yōu)先），其他主要分布于肝、肺、脾、腎和膀胱。

表1 腦卒中患者神經(jīng)干細(xì)胞移植的臨床前研究概況

五、神經(jīng)干細(xì)胞的臨床研究

神經(jīng)干細(xì)胞是指具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞能力的細(xì)胞。由于缺少特殊標(biāo)記，大多數(shù)研究中所謂的神經(jīng)干細(xì)胞，其中確實有少量神經(jīng)干細(xì)胞，絕大多數(shù)是神經(jīng)祖細(xì)胞或神經(jīng)前體細(xì)胞，因此建議將實際研究中的神經(jīng)干細(xì)胞稱為神經(jīng)祖細(xì)胞[1]。在一些血液和自身免疫疾病，干細(xì)胞移植治療是一個相對成熟的方法。在嚙齒動物的缺血性腦卒中模型中，神經(jīng)干細(xì)胞移植的研究眾多，證實能夠促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)。在臨床研究中，很多臨床前研究已經(jīng)發(fā)表，結(jié)果證實在腦卒中患者神經(jīng)干祖細(xì)胞移植是安全的也是有效的[9]（表1）。

從目前的臨床研究結(jié)果來看，腦卒中患者采用腦實質(zhì)、靜脈、動脈以及鞘內(nèi)注射等方法，患者是可以耐受的，也未見明確的不良反應(yīng)報道。在移植效果方面，雖然目前尚缺隨機(jī)對照研究，但是對神經(jīng)功能的作用起改善作用是肯定的。在移植細(xì)胞種類來看，外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植國內(nèi)研究相對較多。

六、神經(jīng)干細(xì)胞可能的作用機(jī)制

其修復(fù)作用依賴于以下幾種因素：分泌各種營養(yǎng)因子，促進(jìn)血管再生，減少損傷區(qū)細(xì)胞凋亡，直接替代缺損組織，促進(jìn)內(nèi)源性細(xì)胞增殖和促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)形成，免疫調(diào)節(jié)，促進(jìn)軸突再生等[22]。

1.細(xì)胞替代：當(dāng)移植的神經(jīng)干祖細(xì)胞遷徙到受損的腦組織附近，實時跟蹤監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，人神經(jīng)干祖細(xì)胞具有很好的存活、分散和分化，附近有不均勻分布的膠質(zhì)細(xì)胞[23]，提示其有分化成為成熟神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的能力[24]。分化后的神經(jīng)元表現(xiàn)出宿主細(xì)胞的組織學(xué)特性，能產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)，如5羥色胺、GABA、乙酰膽堿或P物質(zhì)，可形成伸向細(xì)胞環(huán)境的軸突分枝。神經(jīng)電生理特性與成熟的神經(jīng)元非常相似。但是即使將細(xì)胞直接腦實質(zhì)移植，移植的細(xì)胞僅有很少的部分分化成為宿主的組織，這些最終分化的神經(jīng)元對于損傷的腦組織來說也是很少的。因此細(xì)胞移植后出現(xiàn)的神經(jīng)恢復(fù)作用可能不是單一的細(xì)胞替代作用。

2.直接或間接的神經(jīng)保護(hù)作用：通過中和缺血事件所釋放的自由基、炎性細(xì)胞因子、興奮性毒素、脂肪過氧化物酶和其它毒性代謝產(chǎn)物，神經(jīng)干祖細(xì)胞能促進(jìn)受損腦組織的存活和重建。另外，神經(jīng)干祖細(xì)胞還具有免疫調(diào)節(jié)作用，明顯下調(diào)炎性腦組織的炎性T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞[25]。

3.促進(jìn)塑形：一旦缺血性腦損傷發(fā)生，受累的腦組織啟動修復(fù)過程，損傷和正常的腦組織以內(nèi)分泌或者旁分泌的方式釋放因子，從而誘導(dǎo)存活神經(jīng)元的軸突芽突，促進(jìn)新突觸連接形成，恢復(fù)失去的神經(jīng)功能。研究證實移植的神經(jīng)干細(xì)胞不僅能夠促進(jìn)軸突芽突，恢復(fù)軸突的轉(zhuǎn)運(yùn)功能，也能夠增加病灶同側(cè)和對側(cè)皮層的樹突塑型。血管內(nèi)皮生長因子、糖蛋白1和2以及裂縫可能是樹突發(fā)芽、軸突塑形和軸突轉(zhuǎn)運(yùn)的媒介因子[26]。

4.血管修復(fù)：血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)祖細(xì)胞之間的早就明確了，神經(jīng)干祖細(xì)胞可以促進(jìn)梗死周圍區(qū)域的血管細(xì)胞的增生，也可以直接分化為內(nèi)皮和血管平滑肌等血管細(xì)胞[27]。反之，阻斷血管形成可以減少神經(jīng)干細(xì)胞的神經(jīng)恢復(fù)作用[28]。

七、展望

21世紀(jì)，全球范圍內(nèi)都在進(jìn)行神經(jīng)干細(xì)胞的臨床試驗，盡管移植的數(shù)量、患者的臨床狀態(tài)、細(xì)胞移植的途徑、有效性評價指標(biāo)存在不同，但結(jié)論是共同的，那就是神經(jīng)干細(xì)胞治療是安全和可行的，對于恢復(fù)患者的神經(jīng)功能和改善生活能力是有益的[29]。將來研究的重點(diǎn)應(yīng)該是神經(jīng)干細(xì)胞的種類、數(shù)量、移植窗和是否應(yīng)用免疫抑制劑等。鑒于時間就是大腦，在腦卒中，細(xì)胞移植治療可以結(jié)合現(xiàn)有的溶栓技術(shù)等急性期治療。隨著示蹤技術(shù)的進(jìn)展，明確移植細(xì)胞的去向，將有利于明確細(xì)胞移植的作用機(jī)制。另外，通過重建基因的神經(jīng)干細(xì)胞的移植，可以把一些營養(yǎng)因子等直接作用到腦損傷部分，也將進(jìn)一步擴(kuò)展干細(xì)胞的作用范圍。

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2012-04-19)

(本文編輯：陳媛媛)

10.3877/cma.j.issn.2095-1221.2012.02.010

100049 北京，清華大學(xué)玉泉醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

耿同超，E-mail:gtchao@yeah.net

喬立艷, 耿同超.腦卒中的神經(jīng)干細(xì)胞移植進(jìn)展[J/CD].中華細(xì)胞與干細(xì)胞雜志：電子版, 2012, 2(3):208-211.