1992年Reynolds等［1］首次從成年鼠紋狀體中分離出神經(jīng)干細胞，從而打破了神經(jīng)損傷不可修復的觀點，有關神經(jīng)干細胞的研究已成為當今神經(jīng)科學領域的熱點。神經(jīng)干細胞和胚胎干細胞移植曾一度為缺血性腦損傷的治療開辟了一條新的途徑，但由于兩者來源主要有克隆和胚胎兩個方面，方法復雜，涉及倫理問題，臨床應用受限。最近，骨髓基質細胞（BMSC）橫向分化現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)以及其易獲得性又使人們對干細胞移植在腦血管病方面的治療前景充滿信心?，F(xiàn)就近年來有關BMSC治療缺血性腦血管病的基礎與臨床研究綜述如下。

　　1  BMSC的生物學特點

　　Friedenstein等［2］首先從骨髓中分離到BMSC，他們將整個骨髓放置于塑料培養(yǎng)皿中，在去除非貼壁細胞后，觀察到呈紡錘狀的貼壁細胞，并形成2~4個細胞的小灶，最初量少，呈集落生長，數(shù)天后開始迅速分裂，大量增殖呈片狀融合，經(jīng)傳代培養(yǎng)后這些細胞成為均一的梭形，這些細胞集落成BMSC.BMSC可隨外周微環(huán)境的變化而分化為多種間充質組織，如骨、軟骨、脂肪、肌肉、肌腱及纖維組織等［3］。最近研究［4］發(fā)現(xiàn)BMSC除了分化為間充質細胞譜系外，還具有向非間充質細胞譜系如肝細胞、心肌細胞及神經(jīng)細胞分化的多向分化潛能。BMSC在骨髓中含量較少，并且隨著年齡增長遞減。采用免疫組化染色及流式細胞儀研究表明BMSC表達多種表面抗原標志如SH2、SH3、CD29、CD44、CD71、CD90、CD106、CD120a和CD124等［3］，而不表達造血系統(tǒng)特征性標志CD31、CD34、 CD45、CD117和CD133，證明BMSC與造血系統(tǒng)不是一類細胞［5］。迄今尚未找到BMSC特異性抗原標記，鑒定BMSC目前主要依賴其形態(tài)水平，比較公認的相對特異性的BMSC抗原標記物是CD90、CD71及CD44.BMSC具有干細胞的特點，即增殖、分化和自我更新的能力，取材方便、擴增迅速、易體外培養(yǎng)；可取材于自身，不產(chǎn)生免疫排斥反應，也無倫理道德問題。將表達綠色熒光蛋白的BMSC經(jīng)靜脈注入小鼠后可以通過血腦屏障，遷移到腦實質不同區(qū)域并表達小膠質細胞標志物iba1，為BMSC移植應用于腦缺血性疾病的治療提供了可能［6］。

　　2  BMSC治療缺血性腦損傷的動物實驗研究

　　BMSC移植對腦缺血性疾病的治療作用在不同的實驗研究中得到證實。Li等［7］將人BMSC經(jīng)尾靜脈移植給缺血1 d的短暫性大腦中動脈閉塞（MCAO）模型大鼠，結果人BMSC并未誘導大鼠產(chǎn)生明顯的免疫排斥反應，移植后第14 d，與對照組（未給予BMSC或給予大鼠肝結締組織細胞移植）相比，靜脈移植人BMSC大鼠的神經(jīng)功能顯著改善，移植的BMSC中有1%～5%表達神經(jīng)細胞特異性抗原標記；采用ELISA方法分析發(fā)現(xiàn)腦組織中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）和神經(jīng)生長因子（NGF）顯著增加；用TUNEL染色可見缺血邊緣區(qū)凋亡細胞數(shù)減少，缺血大腦半球腦室下區(qū)BrdU （5溴尿嘧啶） 陽性細胞顯著增加。BMSC對MCAO大鼠發(fā)揮治療作用是通過多種機制來實現(xiàn)的，主要包括缺血區(qū)神經(jīng)營養(yǎng)因子（NTF）分泌增加、缺血半暗帶凋亡細胞減少和腦室下區(qū)內源性神經(jīng)干細胞增殖等。Shen等［8］將雄性大鼠來源的BMSC靜脈移植給缺血1個月的短暫性MCAO雌性大鼠，移植后3個月處死，與未治療的對照組相比，BMSC組改良神經(jīng)功能評分顯著改善，原位雜交顯示BMSC主要存活于缺血同側大腦半球，Y染色體陽性的細胞中13%表達膠質纖維酸性蛋白（GFAP）（星形膠質細胞的標志物），6%表達微管相關蛋白2（MAP2）（神經(jīng)元的標志物）。Chen等［9］對MCAO大鼠模型在大腦中動脈閉塞24 h及7 d后尾靜脈移植BrdU標記的BMSC，分別于14 d和35 d后處死，結果觀察到BMSC治療組大鼠的運動、感覺及平衡能力獲得顯著改善；BMSC可在缺血大腦半球存活及集聚，部分細胞表達神經(jīng)細胞標志性蛋白如MAP2、NeuN、GFAP等。Kurozumi等［10］將BDNF 基因修飾的BMSC植入MCAO的Wistar大鼠模型，在術后第7 d和第14 d MRI掃描發(fā)現(xiàn)腦梗死體積比對照組顯著縮小，神經(jīng)功能的缺損明顯改善。

　　3  BMSC治療腦外缺血性病變的臨床研究

　　BMSC對腦外缺血性病變的研究主要在動物模型上進行，其對缺血性腦損傷的臨床研究目前鮮見。但已有學者開展了BMSC對周圍血管病及缺血性心臟病的臨床研究。Kim等［11］采用自體BMSC移植治療血栓閉塞性脈管炎，結果發(fā)現(xiàn)大部分患者患肢側支循環(huán)血管增生，血液供應增加，肢體功能獲得明顯改善。TateishiYuyama等［12］通過對周圍血管病變患者患肢腓腸肌注射BMSC，肯定了自體移植BMSC的有效性和安全性，并指出自體移植的BMSC能向內皮祖細胞分化并分泌一些促進血管生成的細胞因子。Tse等［13］對8例嚴重的缺血性心臟病患者經(jīng)皮導管心肌內植入自體BMSC，3個月后患者臨床癥狀明顯緩解，缺血區(qū)域血流灌注和功能得到改善。

　　4  BMSC治療腦缺血性疾病的作用機制

　　4.1  BMSC的分化  BMSC可分化為神經(jīng)細胞、替代損傷細胞、重建神經(jīng)環(huán)路，從而達到恢復神經(jīng)功能的目的。BMSC含有一些多分化潛能的間充質祖細胞，在一定條件下可誘導分化為神經(jīng)元樣細胞。使用BMSC修復神經(jīng)組織、促進神經(jīng)功能恢復關鍵在于誘導其向神經(jīng)細胞分化。已有眾多學者報道BMSC在體內外可分化成為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質細胞。

　　4.1.1  體內分化成為神經(jīng)細胞  有研究［14］顯示腦梗死區(qū)特殊的微環(huán)境有利于BDNF、GDNF、NGF等NTF的表達，這些NTF不但是內源性干細胞分化信號分子，也是BMSC分化成神經(jīng)細胞所必需的。Lu 等 ［15］報道將BrdU標記的BMSC通過頸內動脈注入外傷性腦損傷大鼠模型，細胞治療7 d后采用免疫組化檢查發(fā)現(xiàn)BMSC可通過血腦屏障向病變部位遷移，并對微環(huán)境中的一些信號作出反應，表達MAP2、NeuN和GFAP等神經(jīng)細胞的標志性抗原蛋白。馮大雄等［16］對脊髓損傷7 d動物模型靜脈移植BMSC，移植后2周，BMSC形態(tài)大多變?yōu)閳A形或橢圓形，約126%表達星形膠質細胞特異性蛋白GFAP，約5.4%表達神經(jīng)元特異性核蛋白（NeuN）。

　　4.1.2  體外分化成為神經(jīng)細胞  誘導BMSC在體外分化成為神經(jīng)細胞，目前采用的方法有兩種，即用抗氧化劑［17］和NTF ［18］。Woodbury等［17］報道抗氧化劑能迅速誘導BMSC分化成神經(jīng)細胞，將成年大鼠和人的BMSC先在含β巰基乙醇的培養(yǎng)基中培養(yǎng)24 h，隨后在含丁羥基苯甲醚、二甲亞砜的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，60 min內BMSC即有神經(jīng)元形態(tài)學的改變，1周之內，超過50%的BMSC出現(xiàn)神經(jīng)元形態(tài)學的改變，并表達神經(jīng)元標記物神經(jīng)元特異性烯醇化酶（NSE）、NeuN 、NFM或tau.盡管抗氧化劑誘導效率高、起效快，但卻具有細胞毒性作用，出現(xiàn)細胞皺縮，細胞骨架改變［4］。SanchezRamos等［18］發(fā)現(xiàn)BMSC在含有表皮生長因子（EGF）或BDNF的培養(yǎng)體系誘導7～14 d，發(fā)現(xiàn)有神經(jīng)前體細胞標記物nestin及神經(jīng)元和膠質細胞標記物NeuN、GFAP的表達；BMSC與中腦或紋狀體細胞共同培養(yǎng)后部分細胞也會分化成為神經(jīng)元樣細胞表達NeuN和GFAP.Gao 等［19］研究發(fā)現(xiàn)BMSC可被誘導分化成腸道神經(jīng)元并表達腸道的神經(jīng)遞質，產(chǎn)生GDNF 及NGF，故提出BMSC 可作為一種新的方法治療神經(jīng)性胃腸蠕動失調癥。

　　4.2  NTF的作用  腦缺血可引起NTF的分泌增加［20］，而BMSC 的植入會明顯提高多種NTF的分泌。研究［21］發(fā)現(xiàn)BMSC可分泌NTF，如BDNF、NGF、血管內皮生長因子（VEGF）和肝細胞生長因子（HGF）等。Chen等［21］將人BMSC培養(yǎng)在含有鼠腦抽提物的培養(yǎng)基中，采用ELISA方法發(fā)現(xiàn)BDNF、NGF、VEGF、HGF分泌呈時間依賴性增加，這些NTF能產(chǎn)生神經(jīng)保護作用和支持新生血管形成。在腦缺血后移植進入腦內的BMSC釋放這些NTF對腦卒中動物功能的恢復具有重要作用，從而達到治療目的。NTF又產(chǎn)生有利于BMSC自身存活、分化的微環(huán)境，可以促進BMSC向神經(jīng)元分化。這就提示BMSC可能通過自分泌或者旁分泌NTF以及與外源性NTF協(xié)同發(fā)揮神經(jīng)保護作用。

　　4.3  促進血管生成、改善局部血液供應  血管新生與功能恢復有關，因為血管形成是正常組織修復中不可缺少的過程。缺血本身可以促進血管新生［5］，但是僅僅依靠自身有限的血管新生還不足以使受損的缺血組織恢復血液供應以達到功能恢復的需要。王春雪等［22］采用重組人粒細胞巨噬細胞集落刺激因子（ rhGMCSF） 在體外誘導BMSC分化為內皮細胞，并將誘導分化后的內皮細胞靜脈移植MCAO大鼠模型后，大鼠神經(jīng)功能得到改善，同時觀察到VEGF及其受體的表達上調。Chen等［23］將人BMSC靜脈移植入腦缺血大鼠模型，發(fā)現(xiàn)其可促進大鼠缺血周邊區(qū)域新生血管生成，同時VEGF的分泌和VEGF receptor2的表達增加，提示BMSC可能通過促進新生血管生成改善神經(jīng)功能。

　　4.4  刺激內源性神經(jīng)干細胞的增殖分化  在有損傷的局部環(huán)境信號變化的刺激下，內源性神經(jīng)干細胞會代償性增殖、分化。曾有學者嘗試在神經(jīng)系統(tǒng)損傷局部應用某些激活因子，以激活存在于損傷局部的神經(jīng)干細胞，誘導其增殖、分化、整合，從而完成對損傷或變性的修復。Fallon等［24］已觀察到在動物腦內應用轉化生長因子α（TGFα）可迅速促進神經(jīng)干細胞增殖并向注射TGFα的局部遷移，隨后分化為成熟的神經(jīng)細胞。但刺激自身神經(jīng)干細胞的增殖較神經(jīng)干細胞移植更為困難，因為神經(jīng)干細胞的增殖和定向分化需要多種生長因子協(xié)同作用，通過一系列信號轉導途經(jīng)來實現(xiàn)。BMSC移植可能為缺血損傷的腦組織提供一些促分化因子，促進宿主腦組織內源性神經(jīng)干細胞的增殖、遷移、分化和成熟，生成新的神經(jīng)元和膠質細胞，修復受損腦組織，促進神經(jīng)功能的改善［7］。

　　4.5  抗凋亡作用  腦缺血損傷發(fā)生后，缺血中央?yún)^(qū)神經(jīng)元壞死，而周邊區(qū)則發(fā)生遲發(fā)性神經(jīng)元凋亡。如何能及時挽救缺血周邊區(qū)即半暗帶的細胞，改善局部血供，減少細胞的凋亡，是減輕腦缺血損傷的最終目標。Li等［7］將人BMSC經(jīng)尾靜脈移植給MCAO大鼠，與對照組相比神經(jīng)功能缺損得到明顯改善，采用TUNEL和HE染色可見缺血邊緣區(qū)凋亡細胞數(shù)減少。Kurozumi等［10］將BDNF 基因修飾的BMSC植入MCAO的Wistar大鼠模型，免疫組織化學檢查發(fā)現(xiàn)缺血周邊區(qū)域凋亡細胞顯著少于對照組。上述研究說明BMSC移植治療腦缺血損傷能減少細胞的凋亡，但其具體作用機制尚不清楚。

　　5  展望

　　BMSC具有多能干細胞的特點，可向多個方向分化，取材方便，而且植入體內能保持細胞活性，被認為是理想的組織工程種子細胞［3］。因此，可作為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的細胞基因工程治療的有良好發(fā)展前景的載體。雖然對BMSC的研究取得了令人矚目的成果，但目前大部分僅停留在動物實驗階段，真正進入臨床應用還存在很多困難需要克服，如BMSC移植入腦內的最佳方式，患者能否接受；BMSC移植治療的時機和劑量；是什么信號誘導BMSC到達缺血損傷區(qū)；BMSC在腦內分化為神經(jīng)細胞的機制；細胞移植后能否整合入宿主的神經(jīng)環(huán)路；這些問題均有待于進一步的研究。

　　基金項目：江蘇省衛(wèi)生廳“135工程”重點人才基金資助

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