封亞平 Wise Young 朱輝 封雨 鄧洵鼎 謝佳芯 張社敏 方芳石靜 陳永和 鄭爽
脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)嚴(yán)重危害人類健康,在美國(guó)每年大約新增1 萬(wàn)SCI 患者,其中大多數(shù)是健康的青壯年,其高致殘率給社會(huì)和家庭造成了沉重的負(fù)擔(dān),美國(guó)每年SCI 的治療經(jīng)費(fèi)超過(guò)10億美元。我國(guó)目前沒(méi)有具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),但不會(huì)低于這個(gè)數(shù)字。SCI 的治療一直是醫(yī)學(xué)界的難題,也是全球神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和具有挑戰(zhàn)性的課題。近年來(lái),急性脊柱脊髓損傷早期固定與髓內(nèi)外顯微減壓聯(lián)合手術(shù)取得了可喜的療效,科學(xué)家們采用不同類型的細(xì)胞[常用的5 種細(xì)胞:骨髓間充質(zhì)細(xì)胞、胎兒神經(jīng)前體、嗅鞘細(xì)胞、雪旺氏細(xì)胞和臍血單核細(xì)胞(umbilical cord blood mononuclear cell,UCBMC)]移植到損傷的脊髓內(nèi),細(xì)胞移植可以為軸突生長(zhǎng)穿過(guò)損傷部位提供一個(gè)良好的環(huán)境,并取得了良好效果[1-9]。尤其是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明,UCBMC 移植能恢復(fù)大鼠和犬SCI 模型的行走功能[10-13]。本研究將該動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化于臨床進(jìn)行Ⅱ期臨床試驗(yàn),評(píng)估人類白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)≥4∶6配型的UCBMC 移植治療慢性完全性SCI 的安全性、可行性、有效性和最佳細(xì)胞劑量,以及聯(lián)合使用甲基強(qiáng)的松龍(methylprednisolone,MP)和碳酸鋰對(duì)細(xì)胞移植的作用,現(xiàn)報(bào)道如下。
納入標(biāo)準(zhǔn):(1)18~60 歲的受試者;(2)慢性SCI(SCI 初次手術(shù)后12 個(gè)月或以上),且神經(jīng)學(xué)檢查結(jié)果穩(wěn)定至少6 個(gè)月;(3)美國(guó)脊髓損傷協(xié)會(huì)(American Spinal Injury Association,ASIA)評(píng)分為A 級(jí);(4)SCI平面為C3~T12;(5)MRI 顯示SCI 部位在3 個(gè)脊柱節(jié)段以內(nèi);(6)受試者必須能夠閱讀、理解和完成視覺(jué)模擬量表;(7)受試者自愿簽署倫理委員會(huì)批準(zhǔn)的知情同意書(shū);(8)如果受試者同意參與但由于身體原因無(wú)法簽署知情同意書(shū),則應(yīng)由受試者口頭同意、由其直系親屬代簽名,并請(qǐng)1 位參與了知情同意全過(guò)程的見(jiàn)證人同時(shí)簽名。
排除標(biāo)準(zhǔn):(1)有明顯的心、腦、血管、肝、腎和精神性疾?。唬?)嚴(yán)重的內(nèi)科或感染性疾?。òǖ幌抻谝腋尾《緮y帶者和人類免疫缺陷病毒攜帶者);(3)懷孕或哺乳期婦女;(4)有懷孕能力又不愿意避孕的女性;(5)MRI 顯示SCI 長(zhǎng)度超過(guò)3 個(gè)節(jié)段;(6)成像技術(shù)無(wú)法判斷SCI 的邊緣;(7)無(wú)法提供符合HLA 配型的UCBMC;(8)具有椎板切除術(shù)、MP 和(或)碳酸鋰的任何禁忌證;(9)受試者目前正參與其他研究或者在本研究的篩選訪視前4 周內(nèi)服用了研究藥物;(10)研究者的意見(jiàn)認(rèn)為受試者不符合研究方案和(或)不適合參與本研究。
選取聯(lián)勤保障部隊(duì)第九二〇醫(yī)院神經(jīng)外科自2011 年2 月至2014 年1 月收治的20 例SCI 患者作為受試者,均為初次損傷后2 年以上(2~20 年),平均(7.2±1.2)年。其中女性4 例,男性16 例;年齡范圍18~53 歲,年齡(36.9±2.4)歲。19 例受試者SCI平面分別位于C5-T11 神經(jīng)水平,1 例受試者為C3神經(jīng)水平。所有受試者都有明確的脊柱骨折,18 例受試者均行脊柱骨折釘棒內(nèi)固定手術(shù)。
1.治療分組:將20 例患者按隨機(jī)數(shù)字表法分為5 組,每組4 例。A 組:在損傷上下緣脊神經(jīng)背根入處的4 個(gè)點(diǎn)(上下各2 點(diǎn))注射UCBMC(100 000 細(xì)胞/μL),每點(diǎn)注射4 μL;B 組:每點(diǎn)的細(xì)胞注射量為8 μL;C組:每點(diǎn)的細(xì)胞注射量為16 μL;D 組:依據(jù)C 組注射細(xì)胞量且移植后靜脈注射30 mg/kg MP;E組:依據(jù)D 組療程(細(xì)胞+MP),手術(shù)后服用6 周碳酸鋰片(750 mg/d),劑量通過(guò)檢測(cè)血清鋰濃度進(jìn)行調(diào)整,使?jié)舛鹊竭_(dá)0.6~1.0 mmol。
2.UCBMC 提?。篐LA≥4∶6 配型人源臍血(美國(guó)Stemcyte)解凍后進(jìn)行Ficoll 梯度離心,取“淡黃薄衣(buffy-coat)”層進(jìn)行細(xì)胞分離。細(xì)胞用人工血漿制成混懸液,取少量進(jìn)行臺(tái)盼蘭染料排斥檢驗(yàn)細(xì)胞活性。細(xì)胞裝入含CIM 培養(yǎng)劑的潔凈密封袋,以室溫運(yùn)送。細(xì)胞分離后須在5 d 內(nèi)進(jìn)行移植。移植前,細(xì)胞液離心(相對(duì)離心力為400 g)濃縮至100 000/μL 活性細(xì)胞。細(xì)胞以伊思考夫改良DMEM 混懸液(100 萬(wàn)細(xì)胞/mL),密封于50 mL Teflon 袋中室溫運(yùn)送至手術(shù)室。
所有患者行全麻,取俯臥位。對(duì)于椎板未減壓者行損傷節(jié)段椎板咬除,暴露硬脊膜;對(duì)于已行椎板減壓者,分離硬脊膜外疤痕組織;懸吊、切開(kāi)硬脊膜后在顯微鏡下行UCBMC 注射。采用28 號(hào)手術(shù)針頭、以45°角針尖向上刺入損傷邊緣脊神經(jīng)背根入處,將細(xì)胞混懸液緩慢注入脊髓背側(cè)灰質(zhì)內(nèi),注射速度為1 μL/min(圖1),上下各2 點(diǎn),共注射4 點(diǎn),為了防止細(xì)胞從注射針眼溢出,細(xì)胞注射完成后留針5 min,縫合蛛網(wǎng)膜、硬脊膜,放置引流管,然后縫合肌肉和皮膚。A~C 組的細(xì)胞注射量分別為每點(diǎn)注射4、8 或16 μL(100 000/μL 活細(xì)胞),細(xì)胞總量大約為160 萬(wàn)、320 萬(wàn)和640 萬(wàn)活細(xì)胞。如每組發(fā)現(xiàn)有2例或以上受試者因脊髓內(nèi)注射而出現(xiàn)神經(jīng)功能丟失,則前一組的劑量為最高安全劑量,用于D 和E 組。D、E 組除了注射320 萬(wàn)活細(xì)胞外,靜脈注射30 mg/kg MP。E 組進(jìn)行為期6 周的口服碳酸鋰片,250 mg,2~3 次/d,調(diào)整劑量達(dá)到0.6~1.0 mmol/L 血藥濃度。
圖1 顯微鏡下行臍血單核細(xì)胞注射(箭頭示進(jìn)針點(diǎn))
1.術(shù)后常規(guī)使用抗生素預(yù)防感染,定期復(fù)查血、大便、小便常規(guī)和血液肝功能、生化等。術(shù)后24~48 h拔除引流管。
2.碳酸鋰口服劑量從750 mg/d(250 mg tid)開(kāi)始,每3 天檢測(cè)一次血清鋰濃度,以碳酸鋰250 mg 遞增(或遞減),即250 mg bid、250 mg tid、500 mg bid 等,直至血清鋰濃度達(dá)到0.6~1.0 mmol,6 周為1 個(gè)療程。
3.術(shù)后2 周,受試者參加為期3 個(gè)月的強(qiáng)化昆明十級(jí)步行訓(xùn)練[1,3,14]:Ⅰ級(jí):僅能坐輪椅;Ⅱ級(jí):扶助行車站立,需要一人扶雙膝;Ⅲ級(jí):扶助行車獨(dú)立站立;Ⅳ級(jí):扶助行車,需要一人用繃帶拉住雙膝行走;Ⅴ級(jí):扶助行車,獨(dú)立行走;Ⅵ級(jí):扶四角架獨(dú)立行走;Ⅶ級(jí):拄雙拐獨(dú)立行走;Ⅷ級(jí):拄四點(diǎn)拐獨(dú)立行走;Ⅸ級(jí):蹣跚步態(tài),獨(dú)立行走;Ⅹ級(jí):正常行走。受試者每天步行訓(xùn)練6 h,每周訓(xùn)練6 d,為期3~6 個(gè)月,上午、下午各3 h,住院3 個(gè)月或6 個(gè)月后出院,如果在3個(gè)月時(shí)病情仍在好轉(zhuǎn),1 年的隨訪時(shí)間為41~87 周。
分析比較患者在基線與移植后1、2、6 及14 周的改變。此外,進(jìn)行6 個(gè)月和1 年的隨訪檢查確定療效和持續(xù)性。
主要研究指標(biāo):神經(jīng)學(xué)評(píng)分,包括運(yùn)動(dòng)評(píng)分、輕觸評(píng)分和針刺評(píng)分:(1)ASIA 運(yùn)動(dòng)評(píng)分和感覺(jué)評(píng)分[15];(2)ASIA 殘損分級(jí):簡(jiǎn)明損傷分級(jí)(abbreviated injury scale,AIS)[16]。
次要評(píng)分指標(biāo):(1)脊髓磁共振成像/密散張量成像分析;(2)脊髓損傷步行指數(shù)(walking index of spinal cord injury,WISCI)評(píng)分[17];(3)脊髓獨(dú)立量表(spinal cord independence measure,SCIM)評(píng)分[18]:包括生活自理、呼吸和括約肌控制、活動(dòng)3 個(gè)方面,共19 項(xiàng)評(píng)分,總分100 分;(4)昆明步行量表(Kunming locomotor scale,KLS)[1,3,14];(5)痙攣改良Ashworth量 表(modified Ashworth scale,MAS)評(píng)分[19];(6)疼痛模擬視覺(jué)量表(visual analogue scale,VAS)評(píng)分[20]。安全性指標(biāo)為已知的和未知的臨床不良事件發(fā)生率、神經(jīng)學(xué)評(píng)估基線水平的改變、生命體征、心電圖和實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果。
采用SPSS11.5 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析處理,ASIA 評(píng)分、SCIM 評(píng)分和VAS 評(píng)分使用重復(fù)測(cè)量方差分析;KLS 分級(jí)、AIS 分級(jí)、WISCI 評(píng)分使用Kruskal-Wallis H 檢驗(yàn)進(jìn)行分析。以P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
本研究中9 例患者出現(xiàn)術(shù)后傷口腫脹和疼痛,采用常規(guī)方法處理得到解決。無(wú)一例出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)或感覺(jué)喪失。出現(xiàn)4 例不良事件:A 組中1 例受試者傷口愈合慢,血紅蛋白低,給予高蛋白飲食得到解決;1例受試者出現(xiàn)了CSF 漏及切口裂開(kāi),予以CSF 漏修補(bǔ)、切口清創(chuàng)后愈合,后來(lái)被檢查出左側(cè)脛骨陳舊性骨折,停止運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。C 組中1 例受試者左下肢腫脹,B 超檢查為左下肢深靜脈血栓形成,于腔靜脈內(nèi)放置濾網(wǎng)。E 組中1 例受試者左側(cè)脛骨骨折。
MAS 評(píng)分:治療前5 例患者有輕度痙攣(MAS 1分),2 例患者有中度痙攣(MAS 2 分);治療后(41~87周),有7 例患者的MAS 評(píng)分增加1 分,而2 例患者減少1 分,治療前后患者M(jìn)AS 評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=2.977,P=0.562)。VAS 評(píng)分:在治療前,5 例患者的VAS 評(píng)分為12~50 分(滿分為100 分)。治療前和治療后(41~87 周),3 例患者VAS 評(píng)分有所增加(增加范圍:15~69 分),而4 例患者有所減少(減少范圍:5~43 分),其治療前后及組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(時(shí)間:F=0.015,P=0.905;組別:F=0.0470,P=0.757;組別×?xí)r間:F=1.232,P=0.339)。詳細(xì)信息見(jiàn)表1。
表1 各組治療前后疼痛模擬視覺(jué)量表評(píng)分變化
ASIA 評(píng)分:輕觸覺(jué)和針刺覺(jué)較治療前略有提高(1.7、2.6),差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),運(yùn)動(dòng)評(píng)分無(wú)明顯提高(1 例提高2 分,1 例提高4 分,其余受試者運(yùn)動(dòng)評(píng)分無(wú)變化)。AIS 分級(jí):AIS A 轉(zhuǎn)為AIS B 有2 例(10%),轉(zhuǎn)為AIS C 有3 例(15%),其余受試者AIS 分級(jí)無(wú)變化,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.038)。
20 例患者術(shù)前KLS 分級(jí)中4 例為Ⅰ級(jí),15 例為Ⅱ級(jí),1 例為Ⅳ級(jí)。治療后14~24 周,20 例患者中16例(80%)KLS 達(dá)到Ⅳ級(jí),9 例在14 周內(nèi)出院回家,因?yàn)槠渲? 例達(dá)到了平穩(wěn)期,3 例(2 例脛骨骨折,1 例左下肢深靜脈血栓形成)停止強(qiáng)化步行訓(xùn)練,回家后有4 例患者沒(méi)有繼續(xù)步行訓(xùn)練。治療后41~87 周,20例患者中11 例(55%)KLS 達(dá)到Ⅳ級(jí),2 例(10%)達(dá)到Ⅵ級(jí),41~87 周的KLS 與治療前差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=3.532,P<0.0005)。詳細(xì)信息見(jiàn)圖2A。
治療前,20 例患者中16 例(80%)不能行走(WISCI 0 分),1 例行走<10 m(WISCI 1 分),1 例在助手協(xié)助下通過(guò)雙杠行走10 m(WISCI 2 分),2 例在使用繃帶及沒(méi)有助手協(xié)助下行走10 m(WISCI 9分)。治療后41~87 周,20 例患者中5 例WISCI 0分,2 例WISCI 2 分,6 例(30%)在1 個(gè)助手協(xié)助下行走10 m(WISCI 6 分),7 例(35%)在沒(méi)有助手協(xié)助下行走10 m(WISCI≥7 分)。治療后41~87 周的WISCI 評(píng)分與治療前有明顯提高(Z=3.315,P=0.001)。詳細(xì)信息見(jiàn)圖2B。
治療組中步行評(píng)分比較顯示,A 組、B 組、C 組的WISCI 平均評(píng)分變化從3.5 增加到6.1~9.1,在D組下降到2.9,E 組下降到0.4。B 組和C 組的8 例患者的WISCI 評(píng)分提高了6 分以上;在A 組和D 組中,只有2 例患者表現(xiàn)出明顯改善,E 組中只有1 例參與者。雖然這在統(tǒng)計(jì)學(xué)上并不顯著,但數(shù)據(jù)并不支持MP 或鋰對(duì)細(xì)胞移植的協(xié)同效果。在5 個(gè)治療組中,出現(xiàn)不良事件的3 個(gè)組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
圖2 脊髓損傷患者治療前后KLS 分級(jí)及WISCI 評(píng)分結(jié)果
治療48 周后,14 例(70%)患者的SCIM 評(píng)分都有不同程度的提高。重復(fù)測(cè)量的方差分析顯示,患者的SCIM 評(píng)分在治療后顯著提高(表2),其差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=51.194,P<0.001)。SCIM 的19 項(xiàng)評(píng)分中有14 項(xiàng)(即除了進(jìn)食、梳洗、呼吸、戶外活動(dòng)>100 m、上下樓梯)在治療后41~87 周有顯著提高。在治療前,只有2 例(10%)患者不需要協(xié)助膀胱和腸道控制,但治療后41~87 周,12 例(60%)受試者能夠進(jìn)行獨(dú)立膀胱和腸道控制。治療前僅有6 例(30%)在沒(méi)有幫助的情況下完成從床到輪椅轉(zhuǎn)移,從輪椅到洗手間和浴缸轉(zhuǎn)移,而治療后增加到14 例(70%)患者。在治療后41~87 周,6 例(30%)受試者可以在不需要幫助或需要看護(hù)的情況下在室內(nèi)行走,而在中等距離的情況下則可以達(dá)到100 m;對(duì)于行走距離>100 m 時(shí),只有2 例受試者無(wú)需輔助步行,其余受試者需要使用輪椅。
表2 各組治療前后脊髓獨(dú)立量表總分(均數(shù))變化統(tǒng)計(jì)
HLA 決定了移植組織和細(xì)胞的免疫排斥,盡管HLA 類型眾多,但對(duì)免疫排斥起決定作用的主要有3 種抗原:HLA-A、HLA-B、和HLA-Dr。每個(gè)人都有2套這類HLA 抗原,一套來(lái)自母親,一套來(lái)自父親。如果供給單位六個(gè)抗原都吻合,就稱為6/6 或者 “完全”吻合,移植成功的機(jī)會(huì)大于90%。與骨髓移植需要移植物6/6 HLA 吻合不同,UCBMC 移植治療SCI 4/6 HLA 吻合即可[21,22]。
常用的細(xì)胞移植治療SCI 的方法有靜脈輸注、鞘內(nèi)注射、脊髓內(nèi)直接注射或囊腔切開(kāi)等移植細(xì)胞[1,6,7,9]。大多數(shù)外科醫(yī)生采用脊髓后正中溝注射方法移植細(xì)胞,因薄束位于后柱的后正中線,傳遞腿部的體感信息,該方法可能導(dǎo)致薄束損傷。一般外科醫(yī)師注入脊髓的細(xì)胞量為10~35 μL,根據(jù)注射脊髓內(nèi)細(xì)胞的直徑與體積計(jì)算公式,該細(xì)胞注射量的直徑約為2.6~4.0 mm,而人類脊髓的直徑約為2 cm,則該注射細(xì)胞的直徑可達(dá)脊髓直徑的10%~20%,顯而易見(jiàn),注射到脊髓內(nèi)細(xì)胞的體積過(guò)大,可能會(huì)導(dǎo)致SCI。本臨床試驗(yàn)采用28 號(hào)不銹鋼注射針,以45°角在脊神經(jīng)背根入?yún)^(qū)進(jìn)針約3 mm 深,這種操作可避開(kāi)脊髓后柱和側(cè)柱白質(zhì)束,細(xì)胞注入背側(cè)灰質(zhì)內(nèi)1 μL 為1 mm3,1 μL 體積的小球直徑>1 mm,選擇4、8 和16 μL 注射體積進(jìn)行研究,直徑分別為1.7、2.5 和3.0 mm,這樣注射細(xì)胞的直徑與脊髓的相對(duì)大小及注射細(xì)胞的方法是避免脊髓后柱和側(cè)柱白質(zhì)束損傷的方法之一。經(jīng)臨床試驗(yàn)證明,采用28 號(hào)不銹鋼注射針,以45°角在脊神經(jīng)背根入?yún)^(qū)進(jìn)針約3 mm深,分別以4、8、16 μL UCBMC 注入脊髓內(nèi),無(wú)一例出現(xiàn)神經(jīng)功能丟失,說(shuō)明該注射細(xì)胞量及注射方法是安全的。在UCBMC 移植后進(jìn)行強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練6~12 個(gè)月,50%以上的受試者在幾乎或沒(méi)有任何幫助下恢復(fù)了步行及日常獨(dú)立生活能力,包括生活自理、腸道和膀胱控制以及室內(nèi)和戶外活動(dòng)。這種治療慢性完全性SCI 的功能恢復(fù)是罕見(jiàn)的。
慢性完全性SCI 患者步行得到康復(fù)的研究很少見(jiàn)[23-25]。本研究結(jié)果顯示,在治療后41~87 周,有6 例(30%)患者的步行能力得到顯著恢復(fù),可以在不需要幫助或需要看護(hù)的情況下于室內(nèi)行走,而在中等距離的情況下則可以達(dá)到100 m。
從AIS A 后期轉(zhuǎn)變到ASI B 或C 級(jí)也很少見(jiàn)。Kirshblum 等[26]研究表明,在987 例1 年后神經(jīng)系統(tǒng)檢查為完全性(AIS A)的受試者,5 年后,3.5%的患者恢復(fù)到AIS B,而僅有1.05%的患者恢復(fù)到AIS C或D。在本研究中,治療后有2 例患者從AIS A 恢復(fù)到ASI B (10%),3 例患者從AIS A 恢復(fù)到ASI C(15%),改善率為25%。表明UCBMC 移植和積極康復(fù)治療對(duì)患者的AIS 等級(jí)改善有明顯作用。此外,本研究中SCIM 評(píng)分的變化及分析表明經(jīng)治療后膀胱和腸道自主控制能力有顯著改善。
本研究結(jié)果顯示W(wǎng)ISCI 評(píng)分的變化隨著細(xì)胞劑量的增加而增加。A、B、C 組WISCI 評(píng)分的變化呈遞增趨勢(shì),但D 組和E 組中均有所下降,提示C 組和E 組有差異。在5 個(gè)治療組中有3 組出現(xiàn)不良事件,A 組有2 例,C 組1 例,D 組1 例。
雖然大多數(shù)受試者ASIA 運(yùn)動(dòng)評(píng)分沒(méi)有改善,但是恢復(fù)了行走功能和其他脊髓功能,如排尿和排便功能。筆者推測(cè)UCBMC 移植刺激了軸突的生長(zhǎng),這些軸突激活了腰骶中樞模式產(chǎn)生器,改善行走、排尿和排便等功能,但僅限于接受高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的受試者。這就解釋了為什么大多數(shù)受試者在治療1年后,其下肢肌肉沒(méi)有自主收縮和輕觸覺(jué)及針刺覺(jué),卻能步行。一些受試者以后將有可能恢復(fù)更多的自主運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)功能。
綜上所述,UCBMC 移植到慢性SCI 的方法和劑量是安全可行的,同時(shí),高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)受試者運(yùn)動(dòng)恢復(fù)至關(guān)重要。UCBMC 移植結(jié)合高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)、腸道、膀胱等功能的恢復(fù)更加明顯。下一步可通過(guò)多中心的臨床試驗(yàn)來(lái)對(duì)UCBMC 移植治療SCI 做進(jìn)一步深入的研究,以期為SCI 治療提供一種安全有效的治療方法。
中華神經(jīng)創(chuàng)傷外科電子雜志2020年4期