脊髓损伤与干细胞治疗之总结

　　naturalkilerce导语：当皮肤上有伤口时，因为存在皮肤干细胞，它很快能再生。当口腔黏膜出现伤口时，由于存在口腔粘膜干细胞，它也能够很快通过再生而愈合，完全恢复它的初始状态，而且愈合时间只需几天，跟人的年龄无关。但是成年人的神经系统在脊髓损伤后很难自我修复。这也不同于发育中的大脑和非哺乳动物，因为它们在遭受严重损伤后能够修复和再生。

　　为了治疗脊髓损伤这一难题，研究人员采取了不同的方法。

　　(1)J.MarcSimard等人于年7月发表论文证实在脊髓损伤位点周围的毛血管和神经元中磺酰脲受体1(SUR1)表达水平增加，与SUR1相关联的NC[Ca-ATP]通道也得以表达，但是抑制或阻断SUR1活性从根本上消除了毛血管破裂和出血，从而降低对脊髓组织的损伤，因而提出将SUR1和NC[Ca-ATP]作为可能开发治疗脊髓损伤的药物靶点。

　　(2)因为脊髓损伤后，蛋白RhoA表达水平增加，而RhoA能够阻止通过脊髓传递信号的神经细胞再生，从而阻止受损脊髓组织愈合，SeijiOtsuka等人于年5月发表论文证实通过siRNA技术阻断RhoA蛋白产生可以改善受损的脊髓组织愈合和恢复。

　　(3)研究人们利用聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)来封装和修复受损的脊髓神经细胞膜，从而恢复脊髓传递信号到大脑的能力，但是PEG降解产物可能存在毒性，为此，Cho,Y.等人于年4月发表论文第一次证实可以利用壳聚糖修复脊髓损伤，恢复神经信号通过脊髓传向大脑的通路。

　　(4)J.Girgis等人于年12月发表论文证实脊髓遭受不完全性损伤的大鼠进行持续强化锻炼可以刺激脊髓和大脑修复；GrégoireCourtine等人于年9月发表论文证实采用体育锻炼、服用药物和施加低水平电流这一治疗组合让因脊髓受损而瘫痪的大鼠再次完全负重行走。

　　(5)鉴于这一事实：无论是在有机体生长期间还是在更换其他细胞过程中，干细胞能够分化为多种更加特化的细胞类型，科学家们非常希望利用干细胞来替换受损或害病的组织和器官。

　　JunYan等人于年2月发表论文证实移植到大鼠受损脊髓中的人神经干细胞存活下来，并进行生长，在某些情况下还与大鼠自己的脊髓细胞形成连接，这就推翻了长期坚持的脊髓不能允许神经修复的观念；AudreyPetit等人于年11月发表论文证实在成年人脊髓损伤后脊髓中干细胞迁离损伤位点的原因：netrin-1特异性地排斥干细胞远离受损位点，因而阻止干细胞分化补充神经细胞，当阻止netrin-1表达时，能将干细胞留在受损位点；Moreno-Manzan等人于年1月发表论文发现在脊髓中存在修复脊髓损伤的髓腔膜干细胞/祖细胞；Abematsu等人于年4月通过药物丙戊酸操作移植入小鼠受损脊髓中的神经干细胞，促进神经干细胞分化为神经元；KonstantinosMeletis于年10月发表论文等人证实脊髓中一种干细胞类型髓腔膜细胞，在健康脊髓中失活，但当脊髓损伤后，它们得到激活，分化为形成瘢痕组织的细胞以及一种支持细胞类型，能一定程度修复受损脊髓；AudreyPetit等人于年9月发表文章证实利用小鼠脊髓全基因组基因表达图谱发现一类新的脊髓干细胞：放射状神经胶质细胞，为利用干细胞治疗脊髓损伤燃起新的希望。

　　由上可知，研究人员先后尝试不同方法意图解决修复脊髓损伤这一世界难题，但是不论是通过PEG和壳聚糖封闭和修复脊髓损伤位点，还是通过RNA干涉技术敲除脊髓受损后的RhoA，还是将开发药物阻断SUR1和NC[Ca-ATP]表达，或是阻断netrin-1表达以便让干细胞留在脊髓损伤位点，还是通过持续强化训练等方法来治疗脊髓损伤，到目前依然尚未找到较为理想的治疗方法，比如不论是单纯依靠持续强化锻炼，还是将锻炼、药物治疗和低水平电流刺激结合起来治疗脊髓损伤的模式动物，虽然动物后腿能够改善乃至完全负重行走，但是它们还是不能完全按照自己的意愿控制行走，单凭这一点就说明治疗不彻底，有问题。而单纯药物治疗，副作用也不小，有些还是处于理论阶段，还未进行临床实践。而利用干细胞方法进行治疗，无疑带来了新的希望，当然目前问题也不少，还需进一步优化和努力。

　　尽管先后尝试后将神经干细胞移植入受损脊髓，并给模式动物服用药物来控制分化的细胞类型，效果虽然显著，但是仍需进一步改进而且当在人类身上进行移植时效果如何尚未可知。不过研究人员先后发现在脊髓中发现不同的干细胞类型：髓腔膜干细胞/祖细胞和放射状神经胶质细胞，为人类利用干细胞治疗提供新的希望。我相信随着人类对生物机理的认识越来越深刻，再结合体育锻炼和施加药物等辅助治疗，人类一定会在将来某一天找到一种理想的干细胞治疗方案。

　　为此naturalkilerce就最近几年这方面的研究进行梳理和总结，如下所示：

　　1.JunYan等人于年2月发表论文证实移植到大鼠受损脊髓中的人神经干细胞存活下来，并进行生长，在某些情况下还与大鼠自己的脊髓细胞形成连接，这就推翻了长期坚持的脊髓不能允许神经修复的观念。

　　在约翰斯·霍普金斯实验室里，研究人员给麻醉的大鼠施加不同程度的脊髓损伤产生损伤病灶或者杀死运动神经元或者进行假手术(shamsurgery)。他们改变实验条件来观察脊髓损害的存在与否对人干细胞移植物的存活和成熟有影响。在产生损伤病灶或假手术两周之后，他们注射人神经细胞到每只大鼠脊髓的左侧。

　　注射三周之后，研究人员证实一些移植细胞分化成支持性细胞，而不是神经细胞，但是大多数移植细胞都变成成熟的神经细胞。高功率显微镜检查显示这些神经细胞与大鼠自己的脊髓细胞之间出现连接。但是这种连接是否能传递神经信号让大鼠重新行走，研究人员仍不清楚。

　　注射三周之后，他们发现人细胞数量是注射进受损脊髓时的3倍多，这就意味着它们不仅存活下来，而且至少分裂两次形成更多的细胞，此外它们不仅在初始注射区域附近生长，也迁移到一个更大的脊髓区域。

　　2.J.MarcSimard等人于年7月发表论文证实在脊髓损伤位点周围的毛血管和神经元中磺酰脲受体1(SUR1)表达水平增加，与SUR1相关联的NC[Ca-ATP]通道也得以表达，但是抑制或阻断SUR1活性从根本上消除了毛血管破裂和出血，从而降低对脊髓组织的损伤。

　　研究证实在除了脊髓受伤而其他方面都健康的小鼠中，脊髓损伤会造成脊髓组织产生损伤病灶，而且损伤病灶区域尺寸逐渐增加，同时还伴随着包围脊髓组织的毛血管发生破裂，从而造成出血、组织坏死和神经失常。

　　在损伤位点周围的毛血管和神经元中，磺酰脲受体1(sulfonylureareceptor1,SUR1)表达水平增加，与之相关联的是，SUR1调节的钙激活阳离子通道(calcium-activatedcationchannels)---也称作NC[Ca-ATP]通道---也得以表达。

　　在脊髓受损后，抑制或阻断SUR1活性从根本上消除了毛血管破裂和出血，将对脊髓组织的损害降低了3倍，与对照的未处理过的小鼠相比，处理过的小鼠的活动性能得到显著性改善。

　　该研究表明小鼠遭受急性脊髓损伤后，毛血管膜上SUR1调节的NC[Ca-ATP]通道对于脊髓组织发展为渐进性的出血性组织坏死起着关键性的作用。同时，这也意味着该通道可能成为脊髓损伤治疗方法中的一个作用靶标。

　　3.AudreyPetit等人于年11月发表论文证实在成年人脊髓损伤后脊髓中干细胞迁离损伤位点的原因：netrin-1特异性地排斥干细胞远离受损位点，因而阻止干细胞分化补充神经细胞，从而为利用干细胞重构损伤脊髓迈出第一步。

　　既然干细胞具有发育成不同细胞类型的潜力，人们已经知道脊髓中存在干细胞，但是它们为何不能再生受损的神经系统呢？

　　令人吃惊的是，研究发现，这些干细胞在脊髓受损后不是移向受损位点，而是迁离受损位点，那么是什么信号指示它们离开呢？

　　通过的是众多蛋白质，研究人员最终鉴定出一种关键性分子netrin-1，在脊髓受损后，它能导致脊髓中的干细胞采取这种迁移模式。在发育中的神经系统里，netrin-1作为一种排斥性或吸引性信号，知道神经细胞到达它们合适的目的地。而在成年人脊髓中，netrin-1特异性地排斥干细胞远离受损位点，因而阻止干细胞分化补充神经细胞。当阻断netrin-1的功能，这些成体干细胞(adultstemcells)保持在受损位点。

　　这是理解修复受损脊髓所需的分子机制中的关键性第一步，为人们找到潜在性的治疗方法提供一个新的作用靶标。

　　4.J.Girgis等人于年12月发表论文证实脊髓遭受不完全性损伤的大鼠进行持续强化锻炼可以刺激脊髓和大脑修复

　　加拿大埃德蒙顿艾伯塔大学(UniversityofAlberta)的研究人员KarimFouad和他的同事们证实当脊髓遭受不完全性损伤的模式动物大鼠接受长达数周的强化训练，训练内容是它们脊髓损伤前能够完成的用肢体抓取东西的任务，结果发现它们要比那些没有接受过训练的大鼠表现得更加优秀。事实上，脊髓损伤后的动物经过训练后能够完成任务的成功率将近是那些未训练的动物的两倍。

　　研究人员发现当脊髓遭受不完全性损伤后，神经系统作出反应而且基于一种重新建立连接过程(rewiringprocess)发生适量复原。这是一个自然发生的过程。强化康复训练确实能够促进这一过程，使得大脑和脊髓发生类似于修复过程那样的变化。

　　这一结果还表明这些动物在遭受脊髓损伤后成功地完成抓取任务的方式不是它们以前采取的方式。它们作出补偿，适应了新变化，并发展一种新方式来完成任务。那么遭受脊髓损伤的人们从中学到的启示就是人们不必按照损伤前那种习惯的方式从事一些事情，重要的是人们要尝试，努力训练和找到自己的适应性策略。

　　最近几年，前沿性干细胞研究的美好前景使得人们不重视颈脊髓损伤后通过康复训练获得显著性益处的方法。这或许是因为康复训练看似简单，所以常被人忽视。一些人遭受截瘫时会采取一些非常铤而走险的方法，即到其他国家接受诸如干细胞移植之类的治疗，但是这些方法大多数实际上并没有进行过可控制的临床测试，因而这些人经受着大量风险，同时还要支付高昂治疗费用。其实，人们可以从存在更少风险的持续性强化康复训练中得到更多益处。W5I8U)

　　5.Moreno-Manzan等人于年1月发表论文发现在脊髓中存在修复脊髓损伤的髓腔膜干细胞/祖细胞

　　新研究已发现脊髓中的髓腔膜干细胞/祖细胞(ependymalstem/progenitorcells,epSPCs)，在实验室进行动物移植测试时，能够修复与脊髓损伤相关联的瘫痪。脊髓损伤后，epSPCs进行增殖，并被招募到特异性的损伤区域。当动物进行epSPCs移植后，它们在对遭受脊髓损伤的动物中再生速度要比健康的对照动物快10倍。

　　当损伤区域形成损伤灶(lesion)时，epSPCs这种再生机制得到激活。带有损伤灶的实验动物接受接受epSPCs移植时，这些干细胞更有效地分化为所需的寡树突胶质细胞和其他细胞类型来恢复神经元功能。

　　成年人脊髓中这些干细胞的存在暗示着人们可能利用干细胞相关联的机制来修复人脊髓损伤。人体拥有一些工具来修复受损的脊髓。人类需要成体干细胞和胚胎干细胞来理解人体，并将这种知识应用于再生性医学当中。人们还需进一步更加细节化地研究人体内的机制，这样干细胞才能被更好地动员起来治疗脊髓损伤。

　　6.GrégoireCourtine等人于年9月发表论文证实采用体育锻炼、服用药物和施加低水平电流这一治疗组合让因脊髓受损而瘫痪的大鼠再次完全负重行走

　　大鼠脊髓含有能够产生节律性活动的神经回路(nervecircuits)，它们不需来自大脑的输入信号就可以驱动后腿肌肉产生类似于行走的称作“步进(stepping)”的动作。以前人们试图刺入这种回路来帮助脊髓受损的受害者，还有一些研究人员在一些脊髓完全性损伤的人们当中刺激出类似的脚步运动，但是他们都不能实现完全负重的持续性的步进，但是来自来自美国加州大学洛杉机分校戴维季芬医学院(DavidGeffenSchoolofMedicineatUCLA)的研究小组能够做到这一点。.n$HUQ-_

　　研究小组利用脊髓完全性损伤的大鼠进行实验。他们将瘫痪的大鼠放置在移动中的跑步机传送带上，然后给它们服用作用在神经递质serotonin上的药物，并施加低水平电流到损伤位点下面的脊髓。这一组合治疗能够刺激脊髓中产生节律性的回路，促进大鼠的瘫痪了的后腿产生行走运动。

　　每天的跑步机训练持续几个几周，最终导致大鼠再次获得完全的负重行走，包括向后走、侧走，而且是以跑步的速度。但是损伤依然打断了大脑与基于脊髓的节律性行走回路，使得大鼠不能够按照它们自己的意愿行走。

　　利用神经假体装置(neuro-prostheticdevice)可能一定程度上减缓脊髓损伤，但是激活脊髓节律性回路可能有助于脊髓损伤后的康复。这些发现还暗示受损的神经纤维的再生不是截瘫的大鼠学会再次行走所必需的，从而也可能为人类脊髓损伤后的康复带来不少启示。

　　7.Cho,Y.等人于年4月发表论文第一次证实可以利用壳聚糖修复脊髓损伤，恢复神经信号通过脊髓传向大脑的通路。

　　美国普渡兽医学院(PurdueSchoolofVeterinaryMedicine)过去开发出一种药物Ampyra，用于改善多发性硬化症病人的行走能力，也为脊髓损伤受害人开发出一种脊髓模拟物。该学院瘫痪研究中心的RichardBorgens和他同事们之前开发出一个治疗方法就是利用聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)来封装和修复受损的脊髓神经细胞膜，从而恢复脊髓传递信号到大脑的能力。然而该方法存在一个可能的临床上缺陷，即PEG降解产物存在潜在性的毒性。

　　为此，他们想找到一个能够同样有效地导向和修复受损的神经细胞膜的可生物降解的非毒性化合物。鉴于一些糖分子能够导向受损细胞膜，他们去寻找一种能够与PEG一样有效地恢复脊髓活性的糖分子，结果发现壳聚糖(chitosan)能够修复受损的神经细胞膜。

　　他们起初测试了甘露糖，发现它不具备修复能力，然后决定测试一种修饰形式的几丁质，即壳聚糖。他们将几丁质转化为壳聚糖，并分离出豚鼠脊髓段，挤压脊髓切片，加入壳聚糖，然后加入只能通过受损的细胞膜进入脊髓神经细胞的荧光染料。在显微镜观察脊髓切片时，他们惊讶地发现脊髓全部是黑的，没有染料进入神经细胞，壳聚糖已全部修复了受损的细胞膜。

　　接下来，他们测试了需要多少的壳聚糖剂量才能阻止大分子从受损的脊髓细胞中泄漏出来。为此，他们选择一种广泛分布的酶---乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase,LDH)---作为测试对象，结果发现，经过壳聚糖处理的脊髓泄露出的LDH量要低于未受损的脊髓。壳聚糖不仅修复了挤压位点的细胞膜，而且还修复了在脊髓处理过程中其他地方发生破损的细胞膜。

　　由于产生ATP的线粒体受损时会释放出有害的活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)，当加入壳聚糖到受损的脊髓组织后，他们发现释放出的ROS水平也在下降，这就意味着壳聚糖可能也像修复神经细胞膜那样修复线粒体膜。

　　为了测试壳聚糖能否恢复脊髓传递电信号通过受损区域到达大脑，研究人员测试了豚鼠大脑对它的后腿产生的神经信号作出的的反应，当不加入壳聚糖时，他们观察到信号不能通过受损区域到达脊髓，然而当将壳聚糖注射进豚鼠中30分钟之后，信号奇迹般返回到大脑。这就表明壳聚糖能够导向并修复豚鼠受损的脊髓组织，从而让信号从它的身体传递到大脑。

　　为此，他们也希望能够开发出壳聚糖纳米颗粒将神经保护性药物直接导向受损位点。

　　8.Abematsu等人于年4月通过药物丙戊酸操作移植入小鼠受损脊髓中的神经干细胞，促进神经干细胞分化为神经元。

　　在年轻的成年人当中，瘫痪的一个最常见的原因之一就是脊髓损伤，与之相关联的创伤破坏了许多细胞类型，包括携带大脑与身体其他部位之间来往信息的神经元。在很多脊髓损伤当中，脊髓实际上并没有切断，至少有一些携带信号的神经细胞仍然保持完整。然而存活下来的神经细胞可能不再携带信息，因为组成脊髓的隔绝性髓鞘的寡树突胶质细胞(oligodendrocytes)丢失掉。

　　日本奈良先端科学技术大学的研究人员利用模式小鼠进行的研究可能有望采用神经干细胞(neutralstemcells,NSCs)来治疗遭受严重性脊髓损伤的个人。

　　在这项研究中，遭受脊严重性髓损伤的小鼠接受NSCs移植，同时服用一种治疗癫痫的药物丙戊酸(valproicacid)。丙戊酸促进NSCs分化为神经元，而不是神经胶质细胞(glialcells)。这种结合治疗导致小鼠后肢运动功能得到极大恢复。研究人员希望利用这种方法操纵移植过来的NSCs的命运，比如通过服用丙戊酸让它们分化为神经元，能够开发为一种有效地治疗严重性脊髓损伤的医学技术，若想要推广到人的话，在此之前还需进一步的研究。

　　9.KonstantinosMeletis于年10月发表论文等人证实脊髓中一种干细胞类型髓腔膜细胞，在健康脊髓中失活，但当脊髓损伤后，它们得到激活，分化为形成瘢痕组织的细胞以及一种支持细胞类型，能一定程度修复受损脊髓。

　　人们希望对脊髓和大脑的损伤有朝一日利用能够分化为不同细胞类型的干细胞进行治疗。人们在成年人神经系统大部分地方都找到干细胞样细胞(stemcell-likecells)，尽管仍不清楚它们多大程度上造成新的功能性细胞形成。

　　来自法国和日本的研究人员相互合作，研究成果发表在《CellStemCel》杂志上，表明干细胞和几种其他细胞类型如何造成小鼠新脊髓细胞的形成，而且在遭受创伤后，这种情形如何急剧变化。

　　研究人员在脊髓中鉴定出一种干细胞类型，即髓腔膜细胞(ependymalcell)。他们证实这些细胞在健康脊髓中是失活的，它们主要是通过更多成熟细胞的分裂而产生的。当脊髓损伤时，这些干细胞被激活，成为新细胞的主要来源，它们产生形成瘢痕组织的细胞以及一种支持细胞类型---脊髓发挥功能的一个重要组分。研究人员还证实在骨髓损伤后，某种称作星形胶质细胞(astrocytes)的成熟细胞产生大量瘢痕形成细胞(scar-formingcells)。

　　这些干细胞对损伤的脊髓有着一定程度的正面影响，但是还不足以让脊髓功能得到恢复。那么是否可以找到一些药用化合物刺激它们形成更多的支持细胞以便使得脊髓遭受创伤后功能性恢复得到改善。

　　10.SeijiOtsuka等人于年5月发表论文证实通过siRNA技术阻断RhoA蛋白产生可以改善受损的脊髓组织愈合和恢复

　　神经病理性疼痛是由于脊髓损伤造成的，经常与表达水平增加的RhoA相关联。当脊髓损伤后，蛋白RhoA表达水平增加，而RhoA能够阻止通过脊髓传递信号的神经细胞再生，从而阻止受损脊髓组织愈合。

　　来自凯克协作神经科学中心(W.M.KeckCenterforCollaborativeNeuroscience)和Quark医药公司(QuarkPharmaceuticalsInc.)的科学家们开发出一种化学合成的siRNA分子，然后采取一种类似于脊椎穿剌(spinaltap)的方法，将这些siRNA分子注射入实验室大鼠受损脊髓中，能够降低蛋白RhoA的产生，允许神经细胞的再生，从而改善受损的脊髓组织愈合和恢复。

　　由于目前还没有用于治疗早期脊髓损伤的药物获得审批，Quark医药公司基于这一发现，正在制定一个药物开发计划来治疗脊髓损伤和神经病理性疼痛。)

　　11.AudreyPetit等人于年9月发表文章证实利用小鼠脊髓全基因组基因表达图谱发现一类新的脊髓干细胞：放射状神经胶质细胞，为利用干细胞治疗脊髓损伤燃起新的希望

　　来自英属哥伦比亚大学(UniversityofBritishColumbia)、蒙特利尔神经学研究所、医院和美国西雅图艾伦脑科学研究所(AllenInstituteforBrainScience)的研究人员利用艾伦脑科学研究所开发的在线艾伦脊髓图谱(AllenSpinalCordAtlas)---一种精细描述的整个小鼠脊髓全基因组的基因表达图谱---拓宽搜索，接着沿着小鼠脊髓外边缘这一不同寻常的位置发现了神经干细胞基因表达，进一步分析后发现在该位置上存在一种全新的细胞类型，即干细胞样放射状神经胶质细胞，能够作为神经干细胞发挥作用，也可能在脊髓损伤和诸如括多发性硬化症和肌肉萎缩性侧面硬化病之类的脊髓疾病中起着重要作用。

　　放射状神经胶质细胞(radialglialcells,RGCs)的一大特征就是较长的突出部分，而且这些突出部分能够延伸到大脑组织。这些由RGCs组成的长链是一个潜在性希望的修复网络，再因为它们所处的独特位置，可能将它们激活来帮助人们从脊髓损伤或脊髓疾病中恢复过来，同时也能确保副作用最小化。当有机体处于胚胎阶段时，RGCs有助于构建大脑和脊髓，在数量上远远超过脊髓中的其他潜能性干细胞，也就更容易获得。但是由于某些原因，它们在成年人中不能被非常有效地再激活，解决之道就是找到一种刺激它们的方法，当需要时它们能重新发挥产生新的神经细胞的作用。

　　之前人们对中枢神经系统中脊髓干细胞的搜寻一直聚焦于脊髓深处，从而没有在成年人脊髓中发现放射状神经胶质细胞，这是因为RGCs所处的位置特殊，同时也是因为当时科学家们所能接触到的信息有限。

　　此外，他们还利用该图谱对成年人脊髓放射状神经胶质细胞的基因表达谱和其他神经干细胞的基因表达谱进行比较，发现它们共享个基因构成的标记性组合，从而表明这些细胞非常类似于典型的神经干细胞。而且这其中的几个基因一旦发生突变能够造成一些人类疾病发生。这一发现可能为潜在性的基因治疗---即用RGCs产生的更加健康的细胞替换突变的功能失常的脊髓细胞---或者通过激活某些基因以便促进这些细胞重建成年人受损的脊髓网络提供希望。