李德東 孫健 于明懂 李波 盧悅淳

天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院麻醉科300211

0 引 言

周圍神經(jīng)損傷（peripheral nerve injury，PNI）是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，是由于各種因素造成的神經(jīng)支配區(qū)域出現(xiàn)感覺、運動及功能障礙。目前，雖然對PNI 有了較好的治療手段和護理措施，但在治療和護理后，絕大多數(shù)患者的功能障礙仍然難以完全恢復[1]。引發(fā)PNI 的原因很多，以切割性損傷、壓迫性損傷、炎癥因子長期刺激和缺血損傷為主[2]。當PNI 發(fā)生時，受累的神經(jīng)纖維無法準確支配效應器官，因此遠端器官因失神經(jīng)支配而失去功能。與中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷不同，周圍神經(jīng)軸突在損傷后可再生，但時間較長，損傷輕尚可恢復，損傷重則可能永久喪失生理功能，只能用其他輔助手段進行修復[3]。目前，臨床上治療PNI 的方法以顯微外科手術、自體神經(jīng)移植及組織工程修復為主[4]。當神經(jīng)缺損＜2.5 cm 時，通常以顯微外科手術進行修復，但術中一般難以對受損的神經(jīng)斷端準確對位，并容易對神經(jīng)牽拉造成二次損傷，其治療效果并不令人滿意。自體神經(jīng)移植不但容易造成自身供體缺血、壞死、喪失神經(jīng)功能，還會增大受體部位發(fā)生神經(jīng)瘤的風險。異體神經(jīng)移植則易發(fā)生免疫排斥反應，成功率低。人造神經(jīng)導管組織工程只能修復＜1 cm 的神經(jīng)缺損，且神經(jīng)功能恢復時間長、效果差[3-4]。由于手術治療容易造成神經(jīng)再次損傷，很難達到預期效果，只能配合輔助手段進行治療。隨著干細胞在多種疾病治療中的優(yōu)勢日益顯現(xiàn)，其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中越來越發(fā)揮重要的作用。因此，干細胞在神經(jīng)損傷修復方面的研究也逐漸受到研究者的青睞[5]。

1 干細胞的特征

干細胞（stem cell，SC）是生物體中未分化的細胞，根據(jù)不同的環(huán)境和生理需求，其可無限地分化出同類型細胞和其他類型的細胞。SC 主要分為胚胎干細胞和成體干細胞，其中胚胎干細胞只能在胚胎期獲得；而成體干細胞可在體內所有組織中獲得[6]。根據(jù)其分化類型，SC 可分為單能干細胞、少能干細胞、多能干細胞、全能干細胞。單能干細胞只能分化為自身類型的細胞，如肌肉干細胞；少能干細胞可分化為幾種細胞類型，如造血干細胞，在產(chǎn)生紅細胞的同時還可產(chǎn)生白細胞和血小板；多能干細胞幾乎可分化成所有類型的細胞，包括來自外胚層、中胚層和內胚層的細胞以及胚胎干細胞；全能干細胞是唯一一種能產(chǎn)生所有可能的細胞類型的細胞，如最初由受精卵和受精卵本身分裂產(chǎn)生的細胞[7]。研究結果表明，由于SC 的特殊性質，其可參與多種疾病的治療及神經(jīng)損傷的修復，具有重要的臨床價值[8]。

2 干細胞在PNI 中的應用

由于SC 具有無限自我更新的特性，能無限分化成各種細胞，已經(jīng)成為現(xiàn)代再生醫(yī)學研究的核心[9]。就神經(jīng)系統(tǒng)而言，SC 可在所處的環(huán)境和生長因子的刺激下分化為施旺細胞樣細胞和神經(jīng)元本身[10]。在PNI 修復過程中，可讓SC 在體外進行分化，然后將分化好的SC 進行移植，也可將未分化的SC 直接移植，兩者可達到相似的修復效果。理想SC 的選擇取決于它的重要特征，即是否容易獲得、能否在體外快速增殖、能否在宿主組織中長期存活和整合、是否容易轉染和表達外源性基因以及是否具有低免疫原性特點[10-11]。目前，已對多種來源的SC 進行了研究，其中符合上述特點的間充質干細胞（mesenchymalstem cells，MSCs）受到研究者的青睞。MSCs 能以較快的速率自我更新，并具有多向分化潛能，能分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子促進組織再生，可在損傷神經(jīng)修復方面發(fā)揮重要作用[12]。

3 間充質干細胞特性

MSCs 是一種具有多向分化潛能和快速增殖能力的成體干細胞，主要來源于骨髓、臍帶血、臍帶以及胎盤組織，被認為是再生醫(yī)學中主要的移植細胞，已廣泛用于組織器官損傷修復和延緩細胞衰老的研究[12-13]。MSCs 包括骨髓間充質干細胞（bone MSCs, BMSCs）、脂肪源性間充質干細胞（adiposederived MSCs，ADMSCs）、人臍帶間充質干細胞（human umbilical cord MSCs,hUC-MSCs）。這些細胞的形態(tài)特征是外觀有幾個長的細胞突起，細胞質中含有線粒體、高爾基體、粗面內質網(wǎng)和核糖體的小細胞體。上述干細胞廣泛分布在含有少量網(wǎng)狀纖維的細胞外基質中。在神經(jīng)組織損傷時，MSCs 可分泌多種生長因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子調節(jié)神經(jīng)組織再生以及血管生成，促進突觸連接以及受損軸突的髓鞘再生[14]。研究結果表明，MSCs 有分化為施旺細胞樣細胞的能力。此外，有研究者直接將MSCs 移植到損傷的周圍神經(jīng)周圍，與對照組相比，可見神經(jīng)軸突快速增生，神經(jīng)功能顯著改善[15]。由此可見，MSCs 可直接作用于受損神經(jīng)，促進損傷神經(jīng)再生。通過檢索國內外的最新研究進展，發(fā)現(xiàn)3 個來源的MSCs 在神經(jīng)損傷修復過程中各有特點，且具體機制并不完全相同。下面對3 種MSCs 在PNI 修復方面的具體特點進行系統(tǒng)闡述。

3.1 BMSCs 在PNI 修復中的應用

BMSCs 是一種可分化為多種細胞類型，釋放多種神經(jīng)調節(jié)因子的多潛能基質細胞[17]。BMSCs 可分化為施旺細胞樣細胞，或分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子調節(jié)施旺細胞的生理功能來促進神經(jīng)軸突再生[15]。2001 年，Dezawa 等[18]首次將BMSCs 移植到坐骨神經(jīng)斷端周圍，3 周后發(fā)現(xiàn)受損神經(jīng)周圍伴大量新生纖維，通過免疫電鏡和共聚焦顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)BMSCs 對再生的神經(jīng)纖維有髓鞘化作用，因此其認為BMSCs 可分化為神經(jīng)元樣細胞并分泌大量神經(jīng)營養(yǎng)因子來誘導軸突生長。與此同時，BMSCs 也可直接轉化為髓磷脂細胞對損傷神經(jīng)進行修復，該結果受到研究者的廣泛關注[19]。胡南等[20]用BMSCs 移植修復50 mm猴正中神經(jīng)損傷，發(fā)現(xiàn)愈合過程與自體移植相似，功能和形態(tài)學良好。Cuevas 等[21-22]通過給坐骨神經(jīng)損傷的大鼠模型移植BMSCs，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，BMSCs 移植使大鼠的機械痛及熱痛閾值明顯改善。Wang 等[23]將BMSCs 與自體神經(jīng)移植相結合，以彌補15 mm 的坐骨神經(jīng)缺損，結果表明，移植后神經(jīng)功能恢復加快。這些生理特性與BMSCs 的分化狀態(tài)無關，因為研究者發(fā)現(xiàn)分化的BMSCs 與未分化的BMSCs 在臨床試驗中表現(xiàn)出相似的電生理和行為學效應[24]。與此同時，Haghighat 等[25]在用組織工程方法修復損傷神經(jīng)過程中，比較帶有BMSCs 的神經(jīng)導管與單純神經(jīng)導管的移植效果，發(fā)現(xiàn)實驗組中神經(jīng)軸突的數(shù)量和直徑顯著增加，神經(jīng)功能改善程度也顯著優(yōu)于對照組。在PNI 大鼠中使用BMSCs 移植可獲得與自體神經(jīng)移植相似的結果，可能與BMSCs釋放大量神經(jīng)因子有關[26]。雖然眾多研究結果表明，BMSCs 在損傷神經(jīng)的修復過程中起到了積極作用，但由于BMSCs 在獲取過程中需要進行有創(chuàng)操作，且得到的細胞數(shù)量較少，且隨著患者年齡的增長其增殖及分化能力隨之減弱，限制了BMSCs 在臨床中的研究和應用。

3.2 ADMSCs 在PNI 修復中的應用

ADMSCs 是一種能快速分化、易于獲得、低免疫原性的多能干細胞[27]。與其他干細胞相比，ADMSCs可通過較輕的有創(chuàng)操作和非常簡單的分離程序(洗滌、酶解、離心和去除紅細胞)獲得，且在培養(yǎng)過程中可見大量ADMSCs 附著在容器壁上，增殖迅速，易于識別與分離[24]。因ADMSCs 具有提取過程損傷輕、痛苦小、符合倫理學要求的特點，易被人們接受。此外，雖然ADMSCs 在體外可快速增殖，但目前尚未發(fā)現(xiàn)其有致瘤的危險，因此安全性高[28]。2011 年，Abdanipour 等[29]成功地將ADMSCs 在體外誘導分化為神經(jīng)元樣細胞，后移植到受損的神經(jīng)周圍，結果發(fā)現(xiàn)受損神經(jīng)的功能顯著改善。另有研究者發(fā)現(xiàn)，在大鼠脊髓損傷部位植入ADMSCs 可刺激神經(jīng)組織再生，使大鼠的行為學顯著改善。Di Summa 等[30]發(fā)現(xiàn)，ADMSCs 和BMSC s 均可修復大鼠損傷的坐骨神經(jīng)，但ADMSCs 更易獲取和增殖，是治療PNI 的較好選擇。Erba 等[31]將未分化的ADMSCs 移植到神經(jīng)導管中，與對照組相比，移植細胞在損傷部位增殖明顯，同時軸突快速生長，但尚未檢測到任何神經(jīng)膠質細胞和神經(jīng)細胞的轉化。Kingham 等[32]指出，ADMSCs 修復損傷神經(jīng)的具體機制是促進生成血管生長因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子，為損傷神經(jīng)再生提供更佳的微環(huán)境。其他研究者也得到了類似的結果[27]。也有研究結果表明，未分化的ADMSCs 可釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子，但程度較低[33]。Oliveira 等[34]使用移植了ADMSCs 的神經(jīng)導管修復損傷周圍神經(jīng)，與對照組相比，實驗組髓鞘快速形成，神經(jīng)功能顯著改善。Widgerow等[35]使用膠原基質導管和含有ADMSCs 填充的膠原凝膠修復缺損的神經(jīng)，所得到的改善程度與自體神經(jīng)移植的結果相似。

3.3 UC-MSC 在PNI 修復中的應用

在排除倫理問題和其可獲得性的限制后，有證據(jù)表明hUC-MSC 在各方面優(yōu)于其他成體干細胞。第一，hUC-MSC 可在分娩后從可丟棄的組織中大量收集，而不會對捐贈者造成任何傷害；第二，由于hUC-MSC 常常于分娩后收集，基因遺傳損傷的可能性很??；第三，hUC-MSC 更年輕、更有活力，所以可經(jīng)歷更多次細胞分裂，在培養(yǎng)中可更多地擴增；第四，即使hUC-MSC 缺乏HLA-II，但和其他成體干細胞相比，其仍有相對較低的免疫原性[36]。彭江等[37]發(fā)現(xiàn)，UC-MSCs 可分化為與施旺細胞具有相似的表型和功能的細胞，同時分泌多種細胞因子，如神經(jīng)生長因子（nerve growth factor,NGF）、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor,BDNF）和神經(jīng)營養(yǎng)素3（neurotrophin-3，NT-3）；將UC-MSCs 移植在損傷的神經(jīng)處，可明顯加速神經(jīng)細胞再生，且可代替施旺細胞修復受損的神經(jīng)。Matsuse 等[36]也發(fā)現(xiàn)了類似的結果，表明UC-MSCs 可促進軸突再生。朱建強等[38]發(fā)現(xiàn)，尾靜脈注射UC-MSCs 可明顯改善被擠壓雙側海綿體神經(jīng)的功能，使大鼠勃起功能障礙明顯改善，顯微鏡下可見損傷的神經(jīng)軸突再生。同時，UC-MSCs 在組織工程修復方面也可發(fā)揮重要的作用。Cui 等[39]的研究結果表明，將UC-MSCs 與功能性膠原導管結合并移植于犬的坐骨神經(jīng)切斷部位，可得到很好的修復效果，能有效促進犬坐骨神經(jīng)的再生和功能修復。

4 結語與展望

全球每年有數(shù)以百萬計的患者因各種原因造成神經(jīng)損傷，而神經(jīng)細胞不可再生已經(jīng)得到醫(yī)學界公認。雖然PNI 發(fā)生后，部分損傷神經(jīng)能自我再生修復，但其僅僅是在損傷程度較輕的情況下得以實現(xiàn)，多數(shù)患者長期伴隨疼痛和功能障礙，嚴重影響生活質量。因此，尋求一種行之有效的治療措施使PNI 患者的生存狀態(tài)得以改善，甚至使損傷神經(jīng)完全修復，恢復其正常生理功能，具有重要意義。MSCs以其特有的眾多特點，特別是其在PNI 修復過程中的作用，受到了眾多研究者和臨床醫(yī)生的關注。雖然，目前的研究多以動物模型為基礎，且MSCs 的部分作用機制尚不明確，但并不能否認MSCs 在PNI修復中的優(yōu)勢。隨著組織工程的快速發(fā)展，大量研究將MSCs 與神經(jīng)導管和基因工程策略相融合，為MSCs 提供了有效的載體，可更大程度地發(fā)揮MSCs在促進損傷神經(jīng)功能恢復方面的作用。該方法也被認為是PNI 組織工程的理想方案。

綜上所述，盡管MSCs 在促進神經(jīng)細胞再生方面取得了一些喜人成果，但部分具體機制尚不完全明確。隨著相關研究的深入，MSCs 一定能在PNI 的治療中發(fā)揮巨大作用，并為臨床轉化及應用奠定堅實的理論基礎。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突