呂燁華，糜大國，于 彬，姚 淳***

(1 南通大學(xué)教育部/江蘇省神經(jīng)再生重點實驗室，南通 226001；2 江蘇省南通市中醫(yī)院骨傷科)

脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)伴隨著不可逆的神經(jīng)組織變性和細(xì)胞凋亡，具有較高的發(fā)病率和致殘率，給患者家庭與社會造成了巨大的經(jīng)濟(jì)和情感負(fù)擔(dān)。每年全世界約有93 萬人遭受著SCI 及其后遺癥的嚴(yán)重侵害[1]。SCI 將導(dǎo)致原發(fā)性組織損傷、細(xì)胞死亡和繼發(fā)性細(xì)胞凋亡。臨床上多采用早期手術(shù)減壓和大劑量糖皮質(zhì)激素類藥物的沖擊療法，目的是減輕受損脊髓的壓迫，減少早期的炎癥反應(yīng)，避免繼發(fā)性損傷。但是因為不能促進(jìn)有髓軸突再生，所以患者感覺和運(yùn)動功能的恢復(fù)效果較差。少突膠質(zhì)細(xì)胞(oligodendrocyte,OL)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)髓鞘的唯一來源，OL 可以形成多層絕緣質(zhì)膜包裹軸突的髓鞘，實現(xiàn)電信號沿軸突高速、跳躍性地傳播。此外，OL 能夠調(diào)節(jié)離子和水的穩(wěn)態(tài)，具有為神經(jīng)元提供能量代謝和營養(yǎng)支持等重要功能[2]。創(chuàng)傷性SCI 導(dǎo)致?lián)p傷部位的OL 在1 周內(nèi)減少約93%，造成髓鞘大量丟失，同時殘存的少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(oligodendrocyte progenitor cell,OPC)被激活分化產(chǎn)生一定數(shù)量的新生OL 彌補(bǔ)部分丟失的髓鞘[3]。SCI 后的脫髓鞘病變有多種治療策略，包括藥物治療、基因調(diào)控、干細(xì)胞移植等。理論上無論是誘導(dǎo)內(nèi)源性O(shè)PC 增殖分化，還是外源性O(shè)PC 移植，都可以實現(xiàn)髓鞘再生。然而實際上，由于CNS 結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及繼發(fā)性的病理損害，誘導(dǎo)內(nèi)源性O(shè)PC 再生的髓鞘不能恢復(fù)到正常厚度且數(shù)量不足，導(dǎo)致持續(xù)脫髓鞘化的軸突能量不足、功能障礙，限制了SCI 后的信號傳遞和神經(jīng)環(huán)路重建[4]。移植外源性細(xì)胞補(bǔ)充丟失的OPC 和OL 可有效促進(jìn)髓鞘再生，保護(hù)殘留神經(jīng)元和再生軸突，被認(rèn)為是治療SCI 的一種實用性替代方案。本文將討論OPC 移植治療SCI 的研究進(jìn)展，重點介紹OPC 移植對內(nèi)環(huán)境重塑、髓鞘化、軸突保護(hù)、感覺和運(yùn)動功能恢復(fù)的幫助，并對當(dāng)前的治療手段和潛在的組合療法進(jìn)行討論及展望。

1 OPC 移植治療SCI 的研究背景

新生髓鞘由OPC 遷移、增殖和分化產(chǎn)生，但是內(nèi)源性髓鞘再生的潛力有限，僅通過激活內(nèi)源性O(shè)PC 增殖分化不足以有效地提高脫髓鞘軸突再髓鞘化的數(shù)量和質(zhì)量，因此OPC 移植治療被認(rèn)為是SCI后提供更多高質(zhì)量髓鞘化的潛在方法之一。

1.1 OPC 細(xì)胞移植的類型和時間 事實上可以用作OPC 來源的干細(xì)胞有很多，如間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、多能誘導(dǎo)干細(xì)胞等[5]。OPC 移植作為治療SCI 后脫髓鞘的潛在療法一直廣受關(guān)注，但是人們也對這類治療方法存在分化不確定性、免疫排斥、致瘤性等安全性問題提出擔(dān)憂。S.MARQUES 等[6]通過對幼年和成年小鼠CNS 中10 個不同區(qū)域5 072 個OL 進(jìn)行單細(xì)胞測序，鑒定出13 個不同的OL 子亞群，包括12 個從PDGFRα+OPC 到不同成熟度的OL 子亞群，和另一個血管周圍獨(dú)立的OPC 子亞群，證明了OL 存在異質(zhì)性。E.M.FLORIDDIA 等[7]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞(mature oligodendrocytes,MOL)異質(zhì)性可能與局部環(huán)境或與不同神經(jīng)元類型的相互作用有關(guān)，其中MOL2 可能與SCI 部位近端軸突萌發(fā)有關(guān)，另外損傷部位可能存在刺激因素，導(dǎo)致OPC 優(yōu)先分化為MOL5/6。深入研究不同子亞群OL 的功能，根據(jù)SCI 的類型精準(zhǔn)選擇所需OPC 群體，或許是未來避免或降低移植風(fēng)險的有效途徑。

SCI 后1～2 周通常被定義為亞急性期，6～8 周為慢性期，大多數(shù)研究支持SCI 后的最初2 周是OPC移植的有效窗口期。H.S.KEIRSTEAD 等[8]在SCI 后第7 天移植OPC，髓鞘形成增加了136%，至少63%的再生髓鞘由移植細(xì)胞產(chǎn)生，小鼠在移植后12 d 即開始表現(xiàn)出運(yùn)動功能優(yōu)勢。S.KARIMI-ABDOLREZAEE 等[9]對比SCI 后第2 周和8 周移植神經(jīng)前體細(xì)胞(neural precursor cells,NPCs)，發(fā)現(xiàn)急性期移植的NPCs 大量存活，慢性期移植的細(xì)胞存活率較低。為了解決慢性SCI 移植效果不佳的問題，N.PATIL等[10]對SCI 70 d 后的大鼠進(jìn)行瘢痕消融手術(shù)，9 d 后進(jìn)行細(xì)胞移植，最終OL 的分化比例更高。雖然一些治療可以提高慢性期移植效果，但依舊認(rèn)為SCI 后最初的2 周是移植OPC 的有效窗口期。

1.2 OPC 移植對髓鞘化的幫助 OPC 移植能有效促進(jìn)SCI 后重新髓鞘化。W.F.BLAKEMORE 等[11]比較了內(nèi)源性和外源性O(shè)PC 在脫髓鞘組織中的作用，發(fā)現(xiàn)外源性O(shè)PC 補(bǔ)充損傷組織髓鞘數(shù)量是內(nèi)源性細(xì)胞的5～10 倍。外源性O(shè)PC 在宿主脊髓內(nèi)向不同的方向遷移，能夠適應(yīng)損傷處軸突再髓鞘化的需求。J.FAULKNER 等[12]證明了成熟的OL 大部分由移植細(xì)胞分化產(chǎn)生，且移植的OPC 在7 d 內(nèi)向損傷部位的近端和遠(yuǎn)端分別遷移11 mm 和3 mm。S.KARIMIABDOLREZAEE 等[9]在SCI 后2 周進(jìn)行細(xì)胞移植，發(fā)現(xiàn)移植細(xì)胞仍能向近端和遠(yuǎn)端遷移5 mm 以上，約50%的移植細(xì)胞形成OPC 或OL，且存活的OPC 主要沿著白質(zhì)整合包裹軸突。X.H.WANG 等[13]利用透射電鏡觀察脫髓鞘區(qū)域發(fā)現(xiàn)，與對照組相比OPC 移植大鼠的髓鞘密度和厚度顯示出修復(fù)跡象，但修復(fù)后的髓鞘仍比正常髓鞘薄。A.J.MOTHE 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在移植3 周后，髓鞘的厚度達(dá)到約100 nm，而對照組小鼠僅顯示2～3 層的薄髓鞘。此外，有研究[15]報道，移植OPC 產(chǎn)生的新生髓鞘中甚至可以表現(xiàn)出郎飛節(jié)樣的結(jié)構(gòu)特征?？傮w來說，OPC 移植可從髓鞘數(shù)量、范圍、結(jié)構(gòu)等方面改善脫髓鞘損傷，為SCI 后重建神經(jīng)環(huán)路提供髓鞘支持。

1.3 OPC 移植對損傷微環(huán)境和軸突的影響 供體OPC 受到宿主體內(nèi)激素水平等因素的調(diào)節(jié)，同時供體OPC 在發(fā)育和髓鞘形成過程中也對損傷周圍微環(huán)境產(chǎn)生影響，這可能是OPC 移植除髓鞘化外的另一方面的貢獻(xiàn)。有學(xué)者[16]分析OPC 移植2 周后大鼠頸髓損傷處差異基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)OPC 移植組基因表達(dá)更加接近非損傷狀態(tài)。D.LUKOVIC 等[17]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)OPC 可以通過Notch 和Jak/Stat 信號通路激活星形膠質(zhì)細(xì)胞，下調(diào)有害基因的表達(dá)，從而創(chuàng)造有利于宿主神經(jīng)修復(fù)的微環(huán)境。而W.L.LI 等[18]發(fā)現(xiàn)外源性O(shè)PC 可以通過Netrin-1/DCC 軸介導(dǎo)軸突生長和突觸重塑。M.HUNT 等[19]利用透射電鏡發(fā)現(xiàn)，有髓鞘的軸突直徑明顯大于無髓軸突，因此推測SCI 后早期髓鞘化有利于軸突保護(hù)。除了影響軸突生長，OPC作為重要的膠質(zhì)細(xì)胞一直以來被認(rèn)為與血管存在緊密聯(lián)系。研究[20]表明，OPC-內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用以Wnt 依賴的方式調(diào)節(jié)新生小鼠、雪貂和人類腦白質(zhì)中血管的發(fā)育。雖然目前沒有關(guān)于OPC 移植對SCI后宿主血管影響的報道，但是之前的研究提示兩者之間存在更加深層的緊密聯(lián)系。

1.4 OPC 移植對運(yùn)動和感覺功能恢復(fù)的影響 大量的動物實驗證明OPC 移植能有效幫助SCI 后功能恢復(fù)。S.KARIMI-ABDOLREZAEE 等[9]對大鼠進(jìn)行T6～7脊髓夾傷手術(shù)，術(shù)后2 周大鼠Basso-Beattie-Bresnahan(BBB)評分約8 分，細(xì)胞移植治療5～6 周后，NPC 來源外源性O(shè)L 表達(dá)MBP 并包裹軸突，實驗組中約85%的大鼠BBB 評分≥12 分，而對照組中僅14%能夠達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)；在1 m 長的網(wǎng)格行走測試中實驗組大鼠的錯誤數(shù)明顯低于對照組，同時大鼠后肢旋轉(zhuǎn)角度也有明顯改善。電生理評估可以更加客觀反應(yīng)脊髓信號傳導(dǎo)功能，與接受PBS 注射的大鼠相比，接受OPC 移植的大鼠8 周后肌電運(yùn)動誘發(fā)電位潛伏期顯著降低[21]。T9撞擊傷大鼠經(jīng)OPC移植治療，5 周后經(jīng)顱磁運(yùn)動誘發(fā)電位(transcranial magnetic motor-evoked potential,tcMMEP)潛伏時間為(5.84±0.39) ms，振幅為(4.33±1.3) mV，7 周后磁放大反射(magnetic interenlargement reflex,MIER)的潛伏期為(6.6±0.24) ms，振幅為(2.13±1.99) mV，均優(yōu)于對照組，說明OPC 的移植顯著提高脊髓信號傳導(dǎo)功能[22]。OPC 移植不僅有助于促進(jìn)運(yùn)動功能恢復(fù)，還被發(fā)現(xiàn)是緩解SCI 后慢性神經(jīng)性疼痛一種潛在的治療手段，Neuregulin-1/ErbB 信號通路在緩解此類疼痛中發(fā)揮重要作用[23]。因此，OPC 移植促進(jìn)早期再髓鞘化對感覺和運(yùn)動功能恢復(fù)都有直接作用。

2 OPC 移植與其他治療方法聯(lián)合治療的應(yīng)用前景

OPC 移植被證明能有效促進(jìn)SCI 后軸突髓鞘化，但由于SCI 的病理過程復(fù)雜多變，單純的OPC 移植似乎難以得到令人滿意的治療效果，因此組合療法仍然被公認(rèn)是治療SCI 的最佳治療方案。

2.1 OPC 移植結(jié)合基因調(diào)控 在OPC 移植前可以通過基因調(diào)控的手段，促進(jìn)OPC 增殖、遷移和分化能力，或獲得靶向功能。睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子(ciliary neurotrophic factor,CNTF)是促進(jìn)OPC 分化和存活的有效神經(jīng)營養(yǎng)因子，移植前在體外通過逆轉(zhuǎn)錄病毒感染OPC 過表達(dá)CNTF，移植后CNTF-OPC 的存活率增加4 倍，髓鞘形成和功能恢復(fù)均優(yōu)于對照組[22]。OPC 遷移不足是導(dǎo)致再髓鞘化不良的原因之一，通過慢病毒誘導(dǎo)OPC 過表達(dá)聚唾液酸化酶，可以增加聚唾液酸-神經(jīng)元細(xì)胞黏附分子的產(chǎn)生，促進(jìn)移植OPC 在軸突周圍遷移[24]。脫髓鞘病變的疾病種類有很多，包括遺傳性脫髓鞘障礙，創(chuàng)傷性損傷以及獲得性炎性脫髓鞘疾病等。Canavan 病是一種致命的腦白質(zhì)營養(yǎng)不良疾病，由天冬氨酸酰化酶(aspartoacylase,ASPA)基因突變引起。通過慢病毒將有正常功能的ASPA 基因?qū)隣PC 中，可以提高接受ASPAOPC 移植的小鼠的ASPA 活性、促使N-乙酰基-L-天冬氨酸(N-acetyl-L-aspartate,NAA)水平下降、空泡化減輕、髓鞘化和運(yùn)動功能得到改善，大大延長存活時間，為患有這類致命性遺傳病的兒童帶來生活的希望[25]。雖然病因不同，但是無論是因為炎癥、免疫、創(chuàng)傷或遺傳因素，最終都造成CNS 中髓鞘不足或功能異常，補(bǔ)充OPC 促進(jìn)軸突髓鞘化是這類疾病共同的有效治療方法，因此該研究也可為OPC 移植治療SCI 提供重要的理論依據(jù)。

2.2 OPC 移植結(jié)合組織工程材料 哺乳動物SCI后會在受損脊髓處形成空洞，在病變早期是機(jī)體限制損傷進(jìn)一步發(fā)展的自我保護(hù)措施，可以有效包裹受損區(qū)域的有害物質(zhì)避免臨近組織進(jìn)一步受損，但是在病變進(jìn)入亞急性或慢性階段，以纖維組織為主的空洞卻成為再生軸突難以突破的障礙。隨著近年來組織工程學(xué)的不斷發(fā)展，生物材料成功被引入SCI 的研究之中[26]。最開始生物材料僅被用于填充和支撐空洞，后來發(fā)展出分泌細(xì)胞因子、傳遞藥物、充當(dāng)移植細(xì)胞載體等多種功能[27]。水凝膠具有良好的生物相容性、低免疫排斥性、可降解性等優(yōu)點，更重要的是可以作為藥物緩釋和細(xì)胞移植的載體進(jìn)行注射操作。用纖維蛋白水凝膠包裹OPC 在大鼠SCI 10 d 后注射到損傷部位，10 周后發(fā)現(xiàn)髓鞘形成率高于其他對照組[28]。J.D.TANG 等[29]使用了一種反應(yīng)型五肽納米纖維水凝膠，在移植過程中為OPC 提供了有效的保護(hù)，并且支持OPC 在組織內(nèi)增殖以及髓鞘生長。有趣的是，在T.FüHRMANN 等[30]的研究中，通過精氨酸甘氨酸天冬氨酸肽和血小板衍生生長因子修飾的透明質(zhì)酸和甲基纖維素水凝膠混合物，不僅減小了SCI 造成的組織空洞，提高了外源性O(shè)PC 存活率和分化率，還意外地減少了腫瘤形成的概率。隨著組織工程學(xué)的發(fā)展，各種生物材料與生物因子、藥物、干細(xì)胞的組合療法將迸發(fā)巨大的治療潛力。

2.3 傳統(tǒng)治療促進(jìn)髓鞘化的研究 藥物治療目前仍然是人類與疾病斗爭的主要手段，通過挖掘現(xiàn)有藥物新的藥理靶點治療SCI，實驗周期更短，更具有經(jīng)濟(jì)效益。例如二甲雙胍長期以來被用于治療糖尿病，其降糖療效與安全性已被證實。然而實驗[31]發(fā)現(xiàn)二甲雙胍有逆轉(zhuǎn)衰老OPC 的能力，實現(xiàn)局灶性脫髓鞘病變老年動物再髓鞘化。進(jìn)一步的研究[32]發(fā)現(xiàn)二甲雙胍還可以抑制早期自噬作用，促進(jìn)OPC 增殖，通過激活組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶磷酸化促進(jìn)OPC 分化。此外皮質(zhì)類固醇藥物、抗生素、性激素等也相繼被發(fā)現(xiàn)可以通過不同信號通路影響髓鞘再生[33]。祖國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)對脫髓鞘疾病的治療具有悠久歷史，人們發(fā)現(xiàn)許多中藥以及中藥提取物具有促進(jìn)髓鞘再生的作用。人參皂苷(Ginsenoside,Rg1)是天南星科草本植物主要生物活性成分之一，在中醫(yī)藥中被用于保護(hù)神經(jīng)組織，Rg1 可以通過GSK3β/β-連環(huán)蛋白信號通路促進(jìn)脫髓鞘小鼠模型重新髓鞘化和功能恢復(fù)[34]?？鄥A是一種從苦參根中提取的喹諾齊丁生物堿化合物，可以激活PI3K/Akt/mTOR 信號通路，促進(jìn)OL 發(fā)育[35]。硬膜外電刺激(epidural spinal cord stimulation,ESCS)作為物理性的治療方法，被發(fā)現(xiàn)可能通過抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(bone morphogenetic protein 4,BMP4)-Smad1/5/9 信號通路，促進(jìn)SCI 后OPC 的存活和分化，使損傷28 d 后脊髓的髓鞘面積顯著增加[36]。隨著更多新的藥理靶點的發(fā)現(xiàn)，研究者對傳統(tǒng)藥物和治療方法與OPC 移植聯(lián)合治療SCI 的前景充滿期望。

3 OPC 移植的臨床進(jìn)展

目前OPC 移植治療SCI 的臨床試驗樣本量較少。譜系細(xì)胞治療用少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞(lineage cell therapeutics oligodendrocyte progenitor cells,LCTOPC1)是來源于人類多能干細(xì)胞系的OPC，被用于治療創(chuàng)傷性SCI，有研究[37]對5 例T3～11神經(jīng)完全性SCI 患者進(jìn)行了LCTOPC1 移植治療，在為期10 年的隨訪中沒有發(fā)現(xiàn)與LCTOPC1 移植相關(guān)的神經(jīng)功能減退、腫瘤、脊髓進(jìn)一步損傷或瘺管形成等并發(fā)癥，說明SCI 患者對這類細(xì)胞具有良好的耐受性，證明了LCTOPC1 移植的安全性。在另一項LCTOPC1 移植的臨床試驗[38]中，25 例創(chuàng)傷SCI 患者通過1 年的隨訪，沒有參與者出現(xiàn)神經(jīng)惡變，大多數(shù)參與者身體至少有一側(cè)的運(yùn)動水平至少改善一個等級，但是大多數(shù)參與者的感覺評分改善較小，并且改善程度與性別、年齡、細(xì)胞劑量、受傷天數(shù)和干預(yù)時間沒有相關(guān)性。臨床實驗[39]證明細(xì)胞移植治療SCI 具有可行性，部分患者的影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)了與移植細(xì)胞相關(guān)的髓鞘化和神經(jīng)束再生，但是大部分患者的感覺和運(yùn)動功能沒有都得到改善?？紤]到供體細(xì)胞的提取和培養(yǎng)需要一定周期，患者在接受細(xì)胞移植的時候已經(jīng)處于SCI的慢性期。動物實驗結(jié)果[10]顯示，在慢性期移植細(xì)胞治療SCI 的效果并不理想。因此如何縮短治療周期或許是以后臨床實驗迫切需要解決的問題。

4 展 望

SCI是一類復(fù)雜的疾病，CNS 的損傷并不能隨著病程的推移而得到逆轉(zhuǎn)，相反因為繼發(fā)性損傷的存在，造成殘留的神經(jīng)元、軸突、髓鞘等組織進(jìn)一步受損或者再生失敗。細(xì)胞移植治療SCI 的研究在最近取得相當(dāng)大的進(jìn)步，一些治療方法已經(jīng)進(jìn)入臨床實驗階段，這為SCI 患者帶來希望。OPC 移植可使殘留軸突重新髓鞘化，有效保護(hù)了殘留軸突免受SCI 早期抑制性微環(huán)境的損害，使殘留軸突的功能得以保留；同時補(bǔ)充髓鞘細(xì)胞，有利于維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，為潛在的脆弱的再生軸突提供保護(hù)和能量?，F(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)可以通過臍帶血、骨髓甚至體細(xì)胞等途徑獲得OPC，移植細(xì)胞的來源和倫理問題已經(jīng)不再是最大的困擾，而如何使移植細(xì)胞發(fā)揮更大的功能一直是該領(lǐng)域的廣大科研人員希望攻克的難題。新藥理靶點的發(fā)掘可使傳統(tǒng)藥物和治療方法更快、更高效地被運(yùn)用到SCI 的臨床救治中，聯(lián)合基因治療和組織工程材料等復(fù)合療法，或許可以進(jìn)一步優(yōu)化OPC 移植對SCI 的治療效果。此外，新技術(shù)的發(fā)展也推動了OPC 移植的研究。隨著單細(xì)胞測序技術(shù)的普及，髓鞘細(xì)胞被進(jìn)一步細(xì)分，不同類型的OPC 細(xì)胞有著不同的功能。在SCI 病程的不同階段，特定類型的OPC 或許有利于SCI 的修復(fù)，這對未來細(xì)胞移植有著重要的指導(dǎo)意義。