干细胞治疗神经系统疾病机理

神经系统疾病，诸如脑外伤、脑梗塞、脑出血、脊髓外伤、脑瘫、运动神经元病等疾病，大多是由于各种病因引起的神经细胞的变性或坏死所导致的感觉或运动功能异常，这类疾病严重影响着患者及其家属的正常工作和生活质量。因为人体神经细胞是不可再生的，常规治疗往往难以奏效。干细胞移植可以通过两种途径进行神经损伤修复：

1、移植的干细胞可以自我分辨并迁移到损伤的神经部位，通过细胞替代作用更换机体已经死亡或受损伤的神经细胞，修复受损神经网络；

2、中枢神经系统（包括脑和脊髓）损伤后，损伤中心周边的大量神经细胞虽然健存，但受到损伤的影响，转入休眠或功能抑制状态。移植的干细胞可以分泌大量神经营养因子，激活这些神经细胞，从而改善机体的神经功能。

干细胞（stemcells）是指有多种分化潜能和自我更新能力的细胞，如造血干细胞、胚胎干细胞、皮肤干细胞和消化干细胞等，成体脑组织中NSCs的存在是年Reynold等［首先发现的。以后人们通过原始神经组织细胞表达的结构蛋白－Nestin（标志物），标志检测到NSCs在CNS分布广泛，如室管膜下区、海马齿状回颗粒细胞层下层、纹状体、隔、脊髓和大脑皮层等。Magavi等认为，室管膜睫状细胞可能是NSCs的来源。一般认为，成体脑中的NSCs主要分布于室下区和海马两个特定区域，但也有人认为NSCs普遍存在于脑组织中，而不是几个散在的区域2NSCs的生物学特性。

NSCs具有两个显著的生物特性：一是具有高度的自我更新能力，能够重复进行有丝分裂，产生大量子代细胞；二是在一定条件下可以分化成神

经细胞和神经胶质细胞（包括星形胶质细胞和少质胶质细胞）。有人认为

其增殖方式有两种：A.对称分裂（symmiticcelldivision），形成两个相同的子干细胞；B.非对称分裂（asymmeticcelldivision），即干细胞分裂后的两个子细胞一个为干细胞，而另一个为祖细胞，祖细胞在外界刺激因子的作用下可以向多个细胞系的终末期分化。

3NSCs的增殖、分化和迁移

NSCs的增殖、分化受体内、外环境中多种复杂因子的调控和影响。Meltzor和Svendsen等［7、8］认为，NSCs和神经祖细胞的发育过程中，外源信号（尤其是所接触部位的外源信号）的影响，导致NSCs和祖细胞分化为所移植区域相似的细胞。外源信号的作用分两种：一是选择性控制，即信号只能调节干细胞的存活和增殖，而不影响其它细胞的分化方向；二是指导作用，特异性指导干细胞、祖细胞向特定谱系分化。

实验研究证明，NSCs的增殖、分化和迁移与细胞外基质有非常密切的关系，这些基质包括：各种胶原、可溶性细胞因子、化学介质、蛋白多糖、糖蛋白、肽类、脂肪酸和各种小分子物质等。如有的学者［9］应用胎儿来源的神经细胞进行培养，细胞在碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）的刺激下可分裂和增殖，对单个细胞进行克隆实验，获得了一个克隆细胞系；这个细胞系可以在培养的条件下扩谱，通过免疫化学研究证明此细胞有多种方向的分化潜能。

4NSCs治疗CNS疾病的研究现状及前景

4.1NSCs治疗帕金森病的研究

目前，NSCs治疗帕金森氏病（PD）的方案有二：一是细胞移植或细胞替代；二是NSCs作为基因治疗的载体。

Bjorklund等从人胚胎的腹侧中脑内分离出黑质细胞并植入PD患者脑中，结果发现有一半以上的患者症状明显改善，而且效果持续存在。ThorOstenfeld等［10］发现，移植术后10天，PD患者被移植的神经元仍然存活着，并且持续产生多巴胺。最近有人设想通过诱导PD病变本身的NSCs进行增殖分化，如此实验获得成功，那么PD的治疗将不再是医学难题。然而，诱导NSCs向多巴胺能神经元分化的条件十分复杂，目前尚处于探索阶段。相信人们终将诱导出与内源性DA神经元理化性质完全性同的细胞。

传统的载体细胞分为三大类：即细胞系、元代神经元和原代非神经元。它们作为载体均有自身的缺点，如免疫排斥反应和成瘤的危险性等。NSCs是最理想的载体细胞，较易用经典的途径转入目的基因，植入体内后根据所处的环境分化成相应的细胞，并与宿主形成突触联系。目前，NSCs用于体外传导神经递质合成酶酪氨酸羟化酶的基因用于治疗PD已有报道。另外，已经发现多种神经营养因子对DA能神经元有明显的保护作用，其中EGF（表皮生长因子）和bFGF(碱性成纤维生长因子)对DA能神经元的保护作用相对特异并且显著［11］。如将这些神经营养因子导入NSCs，DA能神经元的状态将改善，DA能神经元病变的发展和衰亡将被阻止，甚至可促使病变DA能神经元的结构和功能恢复。

4.2NSCs与缺血性脑损伤

无论发育期还是成年CNS都存在NSCs，成年CNS中一定数量的NSCs以休眠、不增殖状态存活于脑内并受CNS调控。当CNS受损或变性时，细胞内环境发生改变，NSCs被激活，从而进行自我修复，但其修复作用是有限的。如何通过人工干预，发挥内源性NSCs的修复作用，一直是人们研究

的主题。

Takagi等［12］研究发现，小鼠短暂性脑缺血15分钟后，NSCs增殖即加速，7天时NSCs的数量最多。有学者认为，轻度缺血可促进NSCs增殖，而重度缺血则有可能是NSCs减少。研究表明，成年哺乳动物大脑中NSCs分布广泛。临床上发现脑缺血患者在2个月内已有部分神经功能恢复，这可能是缺血灶周围细胞功能的代偿，也可能是缺血诱发局部NSCs增殖和分化。是什么因素诱发了NSCs增殖和分化呢？目前已知BDNF、EGF、bFGF、NTFs、PTEN、reelin、shh、BMP、促红素、TGF-a、noggin、PDGF－AA和PDGF－BB等均对NSCs有影响。Martens［13］通过微型渗透真空泵向小鼠第四脑室单独或联合注入EGF、FGFz，分别加入或不加入肝素，持续6天时间，在第4、5、6天注入EGF、FGFz、肝素组产生了最大的增殖效应，

［14］促进了第四脑室及脊髓中央管周围的BrdU(+)、nestin(+)细胞的增生。有人

发现，PTEN可以调控室管膜下区NSCs的功能，特别对缺氧引起的细胞迁移和凋亡作用显著。目前，国内外临床上普遍使用的多肽类药物，如脑多肽、脑活素、神经生长因子、脑蛋白水解物等是否可通过血脑屏障，对NSCs的增殖和迁移有无影响，如何影响NSCs的迁移和增殖，尚不清楚。

4.3NSCs与脑外伤

急性脑损伤的皮层中，许多造成继发性脑损伤的细胞因子或分子物质有高表达。这些表达有其破坏性，使神经细胞损伤加重，如兴奋性氨基酸、钙离子超载、氧自由基等，但也可能存在有利于NSCs增殖和修复的益处。有人认为，脑损伤可造成中间丝状蛋白nestin和细胞修复蛋白cyclinD1的表达，故受损的神经组织可提供一个类似于胚胎的微环境，适合于NSCs

而且具有分化成神经元和胶质细胞的多型分化潜能，与其他神经元建立通路，说明NSCs移植对颅脑损伤有一定的治疗作用，4.4自体外周血NSCs移植治疗多发性硬化，多发性硬化（MS）是以CNS白质脱髓鞘病变为特点的自身免疫性疾病，NSCs的研究为MS的治疗带来了希望，自体外周血干细胞移植是近年来发展较快的一项治疗技术，实验证明自体外周血干细胞移植是治疗MS的一种有效并且前景广阔的方法，此技术首先是用细

生存［15］。有学者［16］发现人类NSCs在急性脑损伤大鼠的顶叶皮层中可以生存，而且具有分化成神经元和胶质细胞的多型分化潜能。有资料显示［17］，将NSCs移植到受损的脑组织后，可以良好生长、分化并嵌合于宿主的脑组织中，与其他神经元建立通路，从而使受损脑组织达到解剖和功能上的修复。说明NSCs移植对颅脑损伤有一定的治疗作用。

4.4自体外周血NSCs移植治疗多发性硬化

多发性硬化（MS）是以CNS白质脱髓鞘病变为特点的自身免疫性疾病。由于脱髓鞘病变的部位和程度不同，而出现肢体瘫痪、共济失调、视力障碍、眼球震颤和感觉障碍等症状和体征，病情容易反复发作，进展较快，常导致病人死亡。NSCs的研究为MS的治疗带来了希望。

自体外周血干细胞移植是近年来发展较快的一项治疗技术，实验证明自体外周血干细胞移植是治疗MS的一种有效并且前景广阔的方法。此技术首先是用细胞刺激因子（G－CSF）动员骨髓内干细胞向外周血中迁移，然后抽取静脉血采集，净化（用免疫磁珠法等选择CD34+标志物标志的造血干细胞），给患者化疗药物或进行放射，此步骤叫预处理，预处理后的患者接近“免疫缺失”状态，最后将外周血干细胞颈静脉输给MS患者体内。Karussis等［18］用环磷酰胺（CY）和放照的方法对MS动物模型小鼠进行免疫抑制，然后分别进行不同时期的同基因的骨髓移植；结果发现，对于尚未出现症状的MS小鼠，移植后不出现任何症状，已经出现症状的MS小鼠，移植后症状明显减轻并且不再发展。

由于外周血造血干细胞移植需要通过放射或化疗将病人首先处于“免疫缺失”状态，故有一定的危险性，所以此方法仅适用于难以控制病情进

展的或反复发作的MS病人。截至年欧洲骨髓移植协会收录的85例MS患者，用G－CSF（集落细胞刺激因子）或G－SCF联合CY（环磷酰胺）进行动员，用BEAM方案（卡氮芥、鬼臼乙叉甙、阿糖胞苷、左旋苯丙氨酸氮芥联合化疗方案）进行预处理，然后进行外周血造血干细胞移植，结果78例耐受移植，7例发生相关因素死亡，死亡原因主要是感染并发症；移植后20例无效，20例病情稳定下来，39例病情明显好转；72%的患者存活时间在3年以上，并且病情也稳定，优于传统B－干扰素疗法（3年生存率60%）。

4.5NSCs与脑肿瘤基因治疗

脑肿瘤的基因治疗效果取决于目的基因和载体系统。人们发现，NSCs具有分化潜能、迁移能力强和免疫原性地下等优点，是一种应用前景广阔的基因载体。

其过程大致为：首先培养出足够量的NSCs，然后对NSCs进行基因修饰，是用传染性较高的病毒载体将目的基因（如胞嘧啶脱氨酶基因）导入NSCs，最后颈携带目的基因的NSCs载体注入肿瘤体内。目的基因稳定表达，携带目的基因的NSCs“包围”和“追踪”肿瘤组织和细胞，投入与目的基因有关的药物后，药物和目的基因特异性结合，肿瘤细胞被杀死。已经发现能和载体结合的目的基因很多，如肿瘤信号传导因子、促凋亡基因、细胞周期调节因子、免疫增强剂、血管生成抑制因子和肿瘤坏死因子等。Aboody等［19］应用NSCs作为载体进行脑胶质瘤的基因治疗，他们将胞嘧啶脱氨酶（cytosinedeaminase,CD）基因导入NSCs，再将携带CD基因的

NSCs注入胶质瘤动物模型的瘤体内，结果发现NSCs迅速扩散到整个瘤床，部分NSCs“包围”肿瘤组织，并能够“追踪”向正常组织侵润的肿瘤细胞。人们发现，NSCs载体的定向和远距离迁移的能力是其他载体无法比拟的。当NSCs从远离肿瘤部位注入时，它可以穿过正常的脑组织（包括血脑屏障），直接向肿瘤组织迁移。Chen等［20］在脑缺血－再灌注损伤后的Wistar大鼠尾静脉注射骨髓基质细胞，证明了移植细胞透过血脑屏障后主要分布于缺血损伤区，明显减轻了神经功能的缺陷。Lu等［21］经颈内动脉注射骨髓间充质干细胞，发现骨髓间充质干细胞不仅通过血脑屏障分布于脑损伤区、胼胝体、大脑皮质等部位，而且培养骨髓间充质干细胞时加入神经生长因子（NGF）和脑源性神经营养因子（BDNF）可促进骨髓间充质干细胞定向迁移进入大脑。

5NSCs治疗CNS疾病的展望

NSCs存在于CNS已经得到证实。当CNS发生病变时，在机体自动调控下，内源性NSCs可能参与病变组织的修复。外源性NSCs是否自动迁移到病变组织参与修复，目前尚不能肯定。在无人为干预的情况下，无论是内源性或者外源性NSCs参与的修复作用都是微弱的。如何最大限度地发挥NSCs在CNS疾病中的治疗作用，是人们研究的重要课题。相信，通过人们的不懈努力，一定能在不久的将来NSCs治疗老年人CNS疾病方面的有所突破。但也应该看到，NSCs的研究刚刚起步，人们对它的认识还很少，问题和难点很多，工作任重而道远。

贝来香港健康管理集团

互动

健康品质·专属定制

贝来伴随您健康的每一天