脊髓損傷后軸突再生修復(fù)的研究進展

1、脊髓損傷后軸突再生修復(fù)的研究進展         【關(guān)鍵詞】  脊髓損傷   脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)在臨床上常見，但在臨床治療上仍無確切辦法。隨著交通及建筑事業(yè)的迅速發(fā)展，脊髓損傷已成為骨科領(lǐng)域中常見的疾患。目前的研究發(fā)現(xiàn)脊髓損傷后是可以再生的，但這種再生能力有限，在正常情況下受到中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)內(nèi)在環(huán)境的抑制。本文針對損傷軸突再生(regeneration)情況，激發(fā)脊髓的再生能力，克服中樞神經(jīng)系統(tǒng)

2、內(nèi)在環(huán)境的抑制作用，闡述實現(xiàn)脊髓損傷后修復(fù)的關(guān)鍵。1 細胞移植雪旺細胞(Schwann cells，SCs)是周圍神經(jīng)系統(tǒng)(peripheral nervous system，PNS)的重要組成部分，移植雪旺細胞可限制損傷誘導(dǎo)的組織損失，促進軸突再生和髓鞘化1。Azanchi2等證實其可分泌成纖維細胞生長因子(fibroblastgrowth factor，F(xiàn)GF)，Takeda3等發(fā)現(xiàn)其可合成神經(jīng)細胞粘附分子L1(nerve cellular adhesion molecule L1)、神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)、腦源性神經(jīng)生長因子(brainderive

3、d neurotrophic factor，BDNF)、睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子(ciliary neurotrophic factor，CNTF)等。將已分化的雪旺細胞懸液植入脊髓缺損區(qū)域，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細絲和酪氨酸羥化酶免疫反應(yīng)性神經(jīng)纖維有顯著增生反應(yīng)，可促進全橫斷損傷軸突再生和功能恢復(fù)4。馮世慶5等將NGF和BDNF修飾的SCs和胚胎脊髓細胞懸液(fetal spinal cord cell suspension，F(xiàn)SCS)聯(lián)合植入脊髓損傷部位，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合移植引起損傷部位內(nèi)外區(qū)域皮質(zhì)脊髓束軸突生長，引導(dǎo)宿主纖維和移植物的整合與聯(lián)系，促進脊髓損傷的修復(fù)。神經(jīng)干細胞(nerve stem cells，NSC

4、s)在其周圍環(huán)境發(fā)生改變時，它的增殖能力將被激活。表皮細胞生長因子(EGF)、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、白細胞介素(LIF)等對神經(jīng)干細胞的增殖具有支持作用。Johansson6等將神經(jīng)干細胞移植至損傷創(chuàng)面，神經(jīng)干細胞有向神經(jīng)元轉(zhuǎn)化的趨勢。Gray7認為NSCs是用于脊髓中樞損傷理想替代移植物。放射狀膠質(zhì)細胞(radial glial cells,RGCs)是在胚胎發(fā)育中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)干細胞。Hasegawa8等從鼠神經(jīng)球分離出克隆RGCs，其可使軸突生長抑制因子積聚減少，神經(jīng)絲數(shù)量增多，與損傷部位形成細胞內(nèi)橋接結(jié)構(gòu)，抑制繼發(fā)損害發(fā)生，具有神經(jīng)保護作用。胚胎干細胞(embryo

5、nic stem cell，ESCs)可與宿主神經(jīng)組織建立功能性突觸聯(lián)系，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)形成軸突的髓鞘。Ogawa9等將原代培養(yǎng)的ESCs體外誘導(dǎo)分化，移植到脊髓損傷處，可在受損脊髓部位形成突觸樣結(jié)構(gòu)，在一定程度上分化為少突膠質(zhì)細胞，有助于形成軸突髓鞘，促進脊髓功能改善，可減少空洞面積。嗅神經(jīng)鞘細胞(OECs)具有終身分裂、再生特點，在自身膜上可表達出與細胞粘附和軸突生長相關(guān)的分子10。嗅覺神經(jīng)膠質(zhì)細胞可使軸突生長進入損傷微環(huán)境，再生纖維數(shù)量增多，形成有效突觸連接及髓鞘包裹，促進脊髓損傷神經(jīng)元的存活11。脊髓損傷可產(chǎn)生大量碎片殘骸及炎性細胞，將骨髓基質(zhì)細胞(bone marrow strom

6、al cells，BMSCs)移植入脊髓損傷空洞中，可保護脊髓白質(zhì)組織，軸突可在移植物中生長12。長入移植物的多數(shù)軸突生長軸線與脊髓長軸平行13。用111Inoxine標記的BMSc注射入脊髓空洞損傷區(qū)域，gamma線圖發(fā)現(xiàn)其具有持久生長活性，未遷移至損傷外部位，說明損傷部位直接注射較靜脈內(nèi)途徑更具有實用可靠性14。基因修飾的纖維原細胞(genetically engineered fibroblast cells，GEFCs)可向脊髓損傷部位分泌BDNF及NT3等神經(jīng)營養(yǎng)因子，為宿主軸突生長提供較好微環(huán)境，顯著減少受損神經(jīng)束的退變變性，引導(dǎo)下行脊髓束生長，順行失蹤示受損前庭脊髓束可生長進入上

7、述移植物中15。李洪鈞16等將5溴脫氧尿核苷標記臍血CD34+干細胞(umbilical cord blood cells，UCBCs)移植入脊髓半橫切部位，發(fā)現(xiàn)7表達神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)，2表達神經(jīng)元核抗原。Zhaot17等在脊髓半橫切部位植入UCBCs，改良Tarlov評分分析示功能恢復(fù)和存活率有顯著提高。提示上述細胞可做為脊髓損傷自體同源或異體同源移植的新細胞源。2 損傷部位的橋接Richardson18等將坐骨神經(jīng)移植至胸髓損傷節(jié)段，發(fā)現(xiàn)有軸突再生。Cheng19等將大鼠肋間神經(jīng)移植至胸髓橫切部位，1年后在移植部位發(fā)現(xiàn)許多再生軸突。此移植物提供軸突生長所需通道，使軸突生長入

8、宿主灰質(zhì)，避免髓鞘相關(guān)分子抑制作用，減少脊髓繼發(fā)損傷。脊髓損傷后，再建損傷軸突與其支配靶器官聯(lián)系是脊髓損傷修復(fù)的主要目標20。Campos21等將T13神經(jīng)從其支配肌肉附著處分離，將其橋接于腰橫切部位，4周后電刺激T13神經(jīng)，出現(xiàn)背、腿部肌肉收縮，提示軸突與腰骶椎運動環(huán)路形成突觸連接，與脊髓損傷部位建立旁路聯(lián)系。3 中和軸突生長抑制分子硫酸軟骨素蛋白多糖(chondroitin sulfate proteoglycans,CSPGs)由RhoROCK通路介導(dǎo)抑制軸突生長22。Moon23等用軟骨素酶ABC降解CSPGs，可減弱膠質(zhì)瘢痕中CSPGs對軸突再生的抑制作用。髓磷脂相關(guān)性糖蛋白(MAG

9、)可阻止神經(jīng)元軸突發(fā)芽，避免神經(jīng)纖維過度增生，在神經(jīng)損傷時亦阻止損傷神經(jīng)元再生，神經(jīng)元經(jīng)唾液酸處理后，MAG抑制作用被減弱，推測系由胞外氨基酸序列突變所致24。髓鞘內(nèi)的Nogo蛋白及其受體對軸突的再生起主要抑制作用25。網(wǎng)狀內(nèi)皮素(reticulon,RTN)是保守序列蛋白家族的統(tǒng)稱，RTN4可抑制嚴重損傷軸索再生。此作用通過Nogo-A的氮末端和網(wǎng)狀內(nèi)皮素的保守序列區(qū)域協(xié)同發(fā)揮作用26。Fournier27認為損傷軸突周圍形成包括NogoA在內(nèi)不利于脊髓再生的抑制性微環(huán)境，使再生軸突不能通過移植物脊髓界面。在橫斷脊髓損傷處有膠原結(jié)締組織形成，可使NG2蛋白聚糖表達水平升高，使軸突生長進入損傷

10、瘢痕中的能力增強，表明NG2蛋白聚糖對上述神經(jīng)纖維有刺激作用，這與NG2蛋白聚糖是神經(jīng)再生抑制劑的傳統(tǒng)認識相反28。4 基因治療Miura等29發(fā)現(xiàn)腺病毒介導(dǎo)的MEK1基因轉(zhuǎn)導(dǎo)是新型治療脊髓損傷的方法。復(fù)制缺陷腺病毒載體，經(jīng)變異的CAMEK病毒轉(zhuǎn)染，可激活細胞外信號介導(dǎo)激酶(extracellular signal regulated kinases,ERKS)，刺激神經(jīng)突再生，細菌凝集素共軛過氧化物酶順行失蹤證實此病毒可誘導(dǎo)軸突再生。脊髓誘發(fā)電位顯示再生軸突有電生理傳導(dǎo)性。Martin30等發(fā)現(xiàn)基因激活基質(zhì)(gene activated matrices,GAM)植入損傷中樞神經(jīng)處，將外源D

11、NA轉(zhuǎn)入神經(jīng)節(jié)細胞基因組中，由質(zhì)粒編碼生成堿性纖維原細胞生長因子(FGF2)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BNDF)、神經(jīng)營養(yǎng)素(NT3)，可持續(xù)促進神經(jīng)再生。脊髓損傷后24h P2X(4)R陽性細胞在損傷部位有顯著積累。雙重免疫法示為活化小膠質(zhì)或巨噬細胞。P2X(4)R和或beta-APP陽性的神經(jīng)突越接近損傷部位，生長程度及數(shù)量則顯著增加。P2X(4)R(+)細胞可調(diào)整細胞內(nèi)信號傳遞鏈表達，諸如：COX1、COX2、RhoA、RhoB等31。脊髓損傷后功能損害與神經(jīng)元細胞壞死及有形成髓磷脂作用的少突細胞凋亡有關(guān)。在轉(zhuǎn)P35基因(即：半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶抑制劑)的胸髓損傷老鼠中，運用反凋亡P35蛋

12、白，導(dǎo)致大量少突細胞生成和脫髓鞘變化減少，減輕脊髓功能損害程度32。5 膠質(zhì)瘢痕脊髓損傷后，一些抑制因子如膠原纖維、硫酸軟骨素、角蛋白等在脊髓損傷部位將重新獲得表達，可導(dǎo)致和促進瘢痕形成。Roitbak33等發(fā)現(xiàn)：脊髓損傷部位膠質(zhì)細胞的過度增生使得硫酸軟骨素的表達增加，對軸突生長具有阻擋作用。Stichel34等在脊髓損傷部位給予硫酸軟骨素酶可抑制膠原纖維形成，發(fā)現(xiàn)軸突生長遷移明顯增加，降低膠質(zhì)瘢痕的阻擋膜作用。分泌型Semaphorins的某些受體可抑制瘢痕內(nèi)滋養(yǎng)血管形成35。脊髓損傷后形成的膠質(zhì)瘢痕抑制軸索生長，髓鞘形成及神經(jīng)元替代36。膠質(zhì)瘢痕是由阻礙軸突再生的神經(jīng)元膠質(zhì)化和細胞外基質(zhì)沉

13、積構(gòu)成37。在脊髓損傷部位有表達前纖維變性結(jié)締組織增長因子的細胞積聚，波形蛋白、膠質(zhì)纖維酸性蛋白與膠質(zhì)瘢痕形成有關(guān)。在缺乏細胞凋亡前體蛋白(Bax)情況下，將少突細胞暴露于可刺激其凋亡的十字孢堿(staurosporine)或環(huán)孢菌素A(cyclosporin A)等藥物，其凋亡壞死程度明顯加重。Dong38等認為，脊髓損傷后軸突沃勒變性破壞軸突再生支持因素，觸發(fā)Bax表達，抑制膠質(zhì)瘢痕中少突細胞的凋亡壞死，使其抑制軸突再生作用增強。黃其林39等構(gòu)建反義膠原纖維酸性蛋白(GFAP)逆轉(zhuǎn)錄病毒載體，引入中樞神經(jīng)損傷灶內(nèi)，發(fā)現(xiàn)其能有效抑制星形膠質(zhì)細胞的生長及對損傷的反應(yīng)，抑制體內(nèi)膠質(zhì)瘢痕增生。6

14、免疫反應(yīng)早期免疫反應(yīng)以有害作用為主，自身免疫作用可具有神經(jīng)保護作用，過多的免疫抑制不利于SCI恢復(fù)40。TNF是免疫炎性反應(yīng)的重要啟動信號。Lavine等采用TNF抗體中和TNF可以顯著增加損傷脊髓局部血流再灌注，促進脊髓功能恢復(fù)41。Kim42等證實TNF調(diào)節(jié)細胞內(nèi)Ca+濃度，減輕金屬離子神經(jīng)毒性作用，減少氧自由基產(chǎn)生。定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)表明P55受體和P75受體mRNA表達提高時，TNFalpha通過細胞轉(zhuǎn)運出入血脊髓屏障能力相應(yīng)增強，使免疫反應(yīng)程度加重43。層粘連蛋白alpha5的alpha鏈對嗜中性粒細胞和巨噬細胞有趨化作用，誘導(dǎo)產(chǎn)生金屬蛋白酶9，可加重免疫反應(yīng)副作用44。Byrn

15、es45等用激光作用于脊髓損傷區(qū)域，抑制免疫細胞過度反應(yīng)，可顯著增加軸突再生數(shù)量和距離。         7展望綜上所述，脊髓損傷后軸突具有一定的再生能力，其再生能力的大小除了與損傷的性質(zhì)有關(guān)外，周圍環(huán)境亦起重要的作用。脊髓軸突再生的研究，多數(shù)仍停留在動物實驗階段。將這些研究成果應(yīng)用到臨床之前，尚有很多工作要做，這包括：（1）所有研究結(jié)果均需要其它實驗室能夠復(fù)制出并有功能恢復(fù)良好的報告；（2）了解獲得最大程度的軸突生長的條件；（3）在應(yīng)用于人體之前，應(yīng)該有較嚙齒類更高級的動物實驗以明確其應(yīng)用的安全性。參考文獻：1O

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