科学研究:神经干细胞移植治疗脊髓损伤具有修复作用

2021
03/03

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杭吉泰迪干细胞
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近年来,具有对神经组织定向分化潜能的神经干细胞(NSCs)在轴突再生、突触重塑、髓鞘形成和功能重建方面表现 出独特的优势。由于NSCs在体移植后主要分化为 神经元及胶质细胞,因此部分学者也称之为神经前体细胞(NPCs)。

脊髓损伤(SCI)是一种严重 的中枢神经系统疾病,致残率高。约90%的SCI病 例是由创伤引起,青壮年多见,主要表现为肢体感 觉、运动功能及植物神经功能障碍。

临床上对于 SCI的治疗方法有限,疗效欠佳。干细胞移植是目 前 SCI 基础研究的热点之一,并取得了一定成效, 为临床转化奠定了理论和实践基础。

NSCs的来源

用于 SCI 移植研究的 NSCs 主要来源有两种。 第一种通过改变分化成熟的体细胞的基因表达,使 其去分化而重新获得神经系统细胞的分化潜能。

NSCs的另一个主要来源是胚胎的中枢神经组织,因此又分成脑(rostral)和脊髓(caudal)源性 NSCs。前者获取较后者容易,且细胞数量多。

Kumamaru对比研究发现,大量的皮质脊髓束(CST)能再生进入脊髓源性的 NSCs,而不能在脑源性 NSCs 移植物中再生。此 外,脊髓源性的NSCs移植后更容易模拟发育过程 中脊髓组织的再生过程,修复损伤灶。因此,脊髓 源性NSCs对SCI的修复有更好的前景。

研究发现NSCs对SCI的神经修复机制

NSCs 移植后不仅能有效填充损伤灶,还分化成神经元和胶质细胞来替代缺失的细胞成分。 NSCs 移植后分化出大量的神经元,包括多种中间 运动神经元和感觉神经元,这些神经元发出轴突进入正常脊髓组织,与下游神经元建立突触联系。轴突生长向头端进入脑干,向尾端生长距离超过受体大鼠的14个脊髓节段。

同时,NSCs也能促进受体脊髓的下行性运动神经轴突(如CST和5-HT能轴突)和上行性感 觉神经轴突再生,再生的轴突与移植物内分化的神经元建立功 能性突触联系,从而重建脊髓神经信号传导通路的连续性。

NSCs还向非神经细胞分化,如分化成少突胶质细胞参与髓鞘 的形成,维持神经传导的稳定性。

Lien等研究发现,分化出来的星形胶 质细胞在受体脊髓内迁移长达9个节段,与内源性星形胶质细胞 形成缝隙连接并表达谷氨酰胺转运体蛋白,参与突触功能的调节。 NSCs移植后向成熟细胞分化的时程较长,分化持续时间长 达1.5年。

Lu等发现NSCs移植后3月轴突再生的数量和距离 达到高峰,到移植后1.5年,轴突的数量几乎减少了一半。因此 推测,移植的NSCs分化的过程与哺乳动物神经系统的发育有 一定的相似性,轴突再生过程中也经历了功能筛选和剔除。 轴突的这种再生的重塑机制为NSCs移植后建立功能性的神经环路,减少副作用发生奠定了基础。

NSCs移植治疗SCI的优势

与其他干细胞(如骨髓间充质干细胞)相比,NSCs移植治疗SCI 有独特的优势。如,CST在SCI后运动功能恢复和协调上起着至关 重要的作用,其再生能力弱。当NSCs移植后,大量的受体CST再生 进入伤灶,可能与移植物形成有利于CST再生的微环境有关。

Tuszynski团队的新近研究还发现,移植的NSCs分化后 在伤灶中呈团簇状聚集,表现出与正常脊髓灰质板层(laminae) 结构类似的空间分布,表达相应的中间运动/感觉神经元标记。 再生的受体感觉神经元轴突在伤灶中与表达Ⅰ~Ⅱ板层神经元 标记的移植细胞形成突触连接。而再生的CST则与表达Ⅲ~Ⅳ 板层神经元标记的移植细胞建立突触连接。上述现象在胚胎 来源的 NSCs 和 iPSCs 来源的 NSCs 上均得到证实(图 1)。因此,NSCs移植能实现最大限度的修复SCI至接近生理状态。

注:A. NSCs的来源;B. NSCs分化成神经元及胶质细胞,后者参与血-脊髓屏障和髓鞘形成;C. 分化的NSCs在损伤灶中呈 接近正常脊髓灰质结构的板层分布 图1 NSCs移植治疗SCI

临床探究

动物研究

目的

观察神经干细胞(NSCs)移植对脊髓损伤(SCI)大鼠功能恢复的作用。

方法

30只Wistar大鼠随机分为对照组,损伤组和移植组,每组10只;将培养的大鼠NSCs悬液注入移植组损伤脊髓处,损伤组注射等量的生理盐水.术后2mo,采用BBB评分。

结果

术后2mo,BBB评分损伤组,移植组大鼠有所恢复,但都未达到正常水平,其中移植组的大鼠恢复较好,评分较高,与损伤组有统计学差异.SCI后,损伤组,移植组的CSEP波消失,术后2mo移植组的波形有所恢复,但潜伏期延长.对照组脊髓前角可见到许多HRP标记阳性神经元,损伤组未见阳性神经元,移植组可见有阳性神经元,但数目较对照组少。

结论

NSCs脊髓内移植能促进损伤脊髓运动和传导功能的部分恢复。

临床案例

在入组了4 例SCI 患者的Ⅰ期临床研究中,经过长达18~27 月的随访,2 例患者有1~2 级的功能改善。【1】

展望

NSCs 移植在临床前研究中的治疗效果获得越来越多学者的肯定。部分来源的细胞(如NSI-566)已经被FDA 批准用于临床试验。神经干细胞通过各种途径参与中枢神经系统的神经细胞修复与再生,为患有脊髓损伤等难治性疾病的患者带来康复的希望。

参考资料:

【1】Curtis E, Martin JR, Gabel B, et al. A First-in-Human, Phase I Study of Neural Stem Cell Transplantation for Chronic Spinal Cord Injury[J]. Cell Stem Cell, 2018, 22: 941-950


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关键词:
神经干细胞,脊髓,科学,移植,修复,损伤,胶质

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