少突膠質前體細胞移植治療脊髓損傷的研究進展*

呂燁華，糜大國，于 彬，姚 淳***

(1 南通大學教育部/江蘇省神經再生重點實驗室，南通 226001；2 江蘇省南通市中醫院骨傷科)

脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)伴隨著不可逆的神經組織變性和細胞凋亡，具有較高的發病率和致殘率，給患者家庭與社會造成了巨大的經濟和情感負擔。每年全世界約有93 萬人遭受著SCI 及其后遺癥的嚴重侵害[1]。SCI 將導致原發性組織損傷、細胞死亡和繼發性細胞凋亡。臨床上多采用早期手術減壓和大劑量糖皮質激素類藥物的沖擊療法，目的是減輕受損脊髓的壓迫，減少早期的炎癥反應，避免繼發性損傷。但是因為不能促進有髓軸突再生，所以患者感覺和運動功能的恢復效果較差。少突膠質細胞(oligodendrocyte,OL)是中樞神經系統(central nervous system,CNS)髓鞘的唯一來源，OL 可以形成多層絕緣質膜包裹軸突的髓鞘，實現電信號沿軸突高速、跳躍性地傳播。此外，OL 能夠調節離子和水的穩態，具有為神經元提供能量代謝和營養支持等重要功能[2]。創傷性SCI 導致損傷部位的OL 在1 周內減少約93%，造成髓鞘大量丟失，同時殘存的少突膠質前體細胞(oligodendrocyte progenitor cell,OPC)被激活分化產生一定數量的新生OL 彌補部分丟失的髓鞘[3]。SCI 后的脫髓鞘病變有多種治療策略，包括藥物治療、基因調控、干細胞移植等。理論上無論是誘導內源性OPC 增殖分化，還是外源性OPC 移植，都可以實現髓鞘再生。然而實際上，由于CNS 結構復雜以及繼發性的病理損害，誘導內源性OPC 再生的髓鞘不能恢復到正常厚度且數量不足，導致持續脫髓鞘化的軸突能量不足、功能障礙，限制了SCI 后的信號傳遞和神經環路重建[4]。移植外源性細胞補充丟失的OPC 和OL 可有效促進髓鞘再生，保護殘留神經元和再生軸突，被認為是治療SCI 的一種實用性替代方案。本文將討論OPC 移植治療SCI 的研究進展，重點介紹OPC 移植對內環境重塑、髓鞘化、軸突保護、感覺和運動功能恢復的幫助，并對當前的治療手段和潛在的組合療法進行討論及展望。

1 OPC 移植治療SCI 的研究背景

新生髓鞘由OPC 遷移、增殖和分化產生，但是內源性髓鞘再生的潛力有限，僅通過激活內源性OPC 增殖分化不足以有效地提高脫髓鞘軸突再髓鞘化的數量和質量，因此OPC 移植治療被認為是SCI后提供更多高質量髓鞘化的潛在方法之一。

1.1 OPC 細胞移植的類型和時間 事實上可以用作OPC 來源的干細胞有很多，如間充質干細胞、神經干細胞、多能誘導干細胞等[5]。OPC 移植作為治療SCI 后脫髓鞘的潛在療法一直廣受關注，但是人們也對這類治療方法存在分化不確定性、免疫排斥、致瘤性等安全性問題提出擔憂。S.MARQUES 等[6]通過對幼年和成年小鼠CNS 中10 個不同區域5 072 個OL 進行單細胞測序，鑒定出13 個不同的OL 子亞群，包括12 個從PDGFRα+OPC 到不同成熟度的OL 子亞群，和另一個血管周圍獨立的OPC 子亞群，證明了OL 存在異質性。E.M.FLORIDDIA 等[7]進一步發現成熟少突膠質細胞(mature oligodendrocytes,MOL)異質性可能與局部環境或與不同神經元類型的相互作用有關，其中MOL2 可能與SCI 部位近端軸突萌發有關，另外損傷部位可能存在刺激因素，導致OPC 優先分化為MOL5/6。深入研究不同子亞群OL 的功能，根據SCI 的類型精準選擇所需OPC 群體，或許是未來避免或降低移植風險的有效途徑。

SCI 后1～2 周通常被定義為亞急性期，6～8 周為慢性期，大多數研究支持SCI 后的最初2 周是OPC移植的有效窗口期。H.S.KEIRSTEAD 等[8]在SCI 后第7 天移植OPC，髓鞘形成增加了136%，至少63%的再生髓鞘由移植細胞產生，小鼠在移植后12 d 即開始表現出運動功能優勢。S.KARIMI-ABDOLREZAEE 等[9]對比SCI 后第2 周和8 周移植神經前體細胞(neural precursor cells,NPCs)，發現急性期移植的NPCs 大量存活，慢性期移植的細胞存活率較低。為了解決慢性SCI 移植效果不佳的問題，N.PATIL等[10]對SCI 70 d 后的大鼠進行瘢痕消融手術，9 d 后進行細胞移植，最終OL 的分化比例更高。雖然一些治療可以提高慢性期移植效果，但依舊認為SCI 后最初的2 周是移植OPC 的有效窗口期。

1.2 OPC 移植對髓鞘化的幫助 OPC 移植能有效促進SCI 后重新髓鞘化。W.F.BLAKEMORE 等[11]比較了內源性和外源性OPC 在脫髓鞘組織中的作用，發現外源性OPC 補充損傷組織髓鞘數量是內源性細胞的5～10 倍。外源性OPC 在宿主脊髓內向不同的方向遷移，能夠適應損傷處軸突再髓鞘化的需求。J.FAULKNER 等[12]證明了成熟的OL 大部分由移植細胞分化產生，且移植的OPC 在7 d 內向損傷部位的近端和遠端分別遷移11 mm 和3 mm。S.KARIMIABDOLREZAEE 等[9]在SCI 后2 周進行細胞移植，發現移植細胞仍能向近端和遠端遷移5 mm 以上，約50%的移植細胞形成OPC 或OL，且存活的OPC 主要沿著白質整合包裹軸突。X.H.WANG 等[13]利用透射電鏡觀察脫髓鞘區域發現，與對照組相比OPC 移植大鼠的髓鞘密度和厚度顯示出修復跡象，但修復后的髓鞘仍比正常髓鞘薄。A.J.MOTHE 等[14]研究發現，在移植3 周后，髓鞘的厚度達到約100 nm，而對照組小鼠僅顯示2～3 層的薄髓鞘。此外，有研究[15]報道，移植OPC 產生的新生髓鞘中甚至可以表現出郎飛節樣的結構特征?？傮w來說，OPC 移植可從髓鞘數量、范圍、結構等方面改善脫髓鞘損傷，為SCI 后重建神經環路提供髓鞘支持。

1.3 OPC 移植對損傷微環境和軸突的影響 供體OPC 受到宿主體內激素水平等因素的調節，同時供體OPC 在發育和髓鞘形成過程中也對損傷周圍微環境產生影響，這可能是OPC 移植除髓鞘化外的另一方面的貢獻。有學者[16]分析OPC 移植2 周后大鼠頸髓損傷處差異基因的表達，發現OPC 移植組基因表達更加接近非損傷狀態。D.LUKOVIC 等[17]進一步發現OPC 可以通過Notch 和Jak/Stat 信號通路激活星形膠質細胞，下調有害基因的表達，從而創造有利于宿主神經修復的微環境。而W.L.LI 等[18]發現外源性OPC 可以通過Netrin-1/DCC 軸介導軸突生長和突觸重塑。M.HUNT 等[19]利用透射電鏡發現，有髓鞘的軸突直徑明顯大于無髓軸突，因此推測SCI 后早期髓鞘化有利于軸突保護。除了影響軸突生長，OPC作為重要的膠質細胞一直以來被認為與血管存在緊密聯系。研究[20]表明，OPC-內皮細胞的相互作用以Wnt 依賴的方式調節新生小鼠、雪貂和人類腦白質中血管的發育。雖然目前沒有關于OPC 移植對SCI后宿主血管影響的報道，但是之前的研究提示兩者之間存在更加深層的緊密聯系。

1.4 OPC 移植對運動和感覺功能恢復的影響 大量的動物實驗證明OPC 移植能有效幫助SCI 后功能恢復。S.KARIMI-ABDOLREZAEE 等[9]對大鼠進行T6～7脊髓夾傷手術，術后2 周大鼠Basso-Beattie-Bresnahan(BBB)評分約8 分，細胞移植治療5～6 周后，NPC 來源外源性OL 表達MBP 并包裹軸突，實驗組中約85%的大鼠BBB 評分≥12 分，而對照組中僅14%能夠達到這個標準；在1 m 長的網格行走測試中實驗組大鼠的錯誤數明顯低于對照組，同時大鼠后肢旋轉角度也有明顯改善。電生理評估可以更加客觀反應脊髓信號傳導功能，與接受PBS 注射的大鼠相比，接受OPC 移植的大鼠8 周后肌電運動誘發電位潛伏期顯著降低[21]。T9撞擊傷大鼠經OPC移植治療，5 周后經顱磁運動誘發電位(transcranial magnetic motor-evoked potential,tcMMEP)潛伏時間為(5.84±0.39) ms，振幅為(4.33±1.3) mV，7 周后磁放大反射(magnetic interenlargement reflex,MIER)的潛伏期為(6.6±0.24) ms，振幅為(2.13±1.99) mV，均優于對照組，說明OPC 的移植顯著提高脊髓信號傳導功能[22]。OPC 移植不僅有助于促進運動功能恢復，還被發現是緩解SCI 后慢性神經性疼痛一種潛在的治療手段，Neuregulin-1/ErbB 信號通路在緩解此類疼痛中發揮重要作用[23]。因此，OPC 移植促進早期再髓鞘化對感覺和運動功能恢復都有直接作用。

2 OPC 移植與其他治療方法聯合治療的應用前景

OPC 移植被證明能有效促進SCI 后軸突髓鞘化，但由于SCI 的病理過程復雜多變，單純的OPC 移植似乎難以得到令人滿意的治療效果，因此組合療法仍然被公認是治療SCI 的最佳治療方案。

2.1 OPC 移植結合基因調控 在OPC 移植前可以通過基因調控的手段，促進OPC 增殖、遷移和分化能力，或獲得靶向功能。睫狀神經營養因子(ciliary neurotrophic factor,CNTF)是促進OPC 分化和存活的有效神經營養因子，移植前在體外通過逆轉錄病毒感染OPC 過表達CNTF，移植后CNTF-OPC 的存活率增加4 倍，髓鞘形成和功能恢復均優于對照組[22]。OPC 遷移不足是導致再髓鞘化不良的原因之一，通過慢病毒誘導OPC 過表達聚唾液酸化酶，可以增加聚唾液酸-神經元細胞黏附分子的產生，促進移植OPC 在軸突周圍遷移[24]。脫髓鞘病變的疾病種類有很多，包括遺傳性脫髓鞘障礙，創傷性損傷以及獲得性炎性脫髓鞘疾病等。Canavan 病是一種致命的腦白質營養不良疾病，由天冬氨酸?；?aspartoacylase,ASPA)基因突變引起。通過慢病毒將有正常功能的ASPA 基因導入OPC 中，可以提高接受ASPAOPC 移植的小鼠的ASPA 活性、促使N-乙?；?L-天冬氨酸(N-acetyl-L-aspartate,NAA)水平下降、空泡化減輕、髓鞘化和運動功能得到改善，大大延長存活時間，為患有這類致命性遺傳病的兒童帶來生活的希望[25]。雖然病因不同，但是無論是因為炎癥、免疫、創傷或遺傳因素，最終都造成CNS 中髓鞘不足或功能異常，補充OPC 促進軸突髓鞘化是這類疾病共同的有效治療方法，因此該研究也可為OPC 移植治療SCI 提供重要的理論依據。

2.2 OPC 移植結合組織工程材料 哺乳動物SCI后會在受損脊髓處形成空洞，在病變早期是機體限制損傷進一步發展的自我保護措施，可以有效包裹受損區域的有害物質避免臨近組織進一步受損，但是在病變進入亞急性或慢性階段，以纖維組織為主的空洞卻成為再生軸突難以突破的障礙。隨著近年來組織工程學的不斷發展，生物材料成功被引入SCI 的研究之中[26]。最開始生物材料僅被用于填充和支撐空洞，后來發展出分泌細胞因子、傳遞藥物、充當移植細胞載體等多種功能[27]。水凝膠具有良好的生物相容性、低免疫排斥性、可降解性等優點，更重要的是可以作為藥物緩釋和細胞移植的載體進行注射操作。用纖維蛋白水凝膠包裹OPC 在大鼠SCI 10 d 后注射到損傷部位，10 周后發現髓鞘形成率高于其他對照組[28]。J.D.TANG 等[29]使用了一種反應型五肽納米纖維水凝膠，在移植過程中為OPC 提供了有效的保護，并且支持OPC 在組織內增殖以及髓鞘生長。有趣的是，在T.FüHRMANN 等[30]的研究中，通過精氨酸甘氨酸天冬氨酸肽和血小板衍生生長因子修飾的透明質酸和甲基纖維素水凝膠混合物，不僅減小了SCI 造成的組織空洞，提高了外源性OPC 存活率和分化率，還意外地減少了腫瘤形成的概率。隨著組織工程學的發展，各種生物材料與生物因子、藥物、干細胞的組合療法將迸發巨大的治療潛力。

2.3 傳統治療促進髓鞘化的研究 藥物治療目前仍然是人類與疾病斗爭的主要手段，通過挖掘現有藥物新的藥理靶點治療SCI，實驗周期更短，更具有經濟效益。例如二甲雙胍長期以來被用于治療糖尿病，其降糖療效與安全性已被證實。然而實驗[31]發現二甲雙胍有逆轉衰老OPC 的能力，實現局灶性脫髓鞘病變老年動物再髓鞘化。進一步的研究[32]發現二甲雙胍還可以抑制早期自噬作用，促進OPC 增殖，通過激活組蛋白乙酰轉移酶磷酸化促進OPC 分化。此外皮質類固醇藥物、抗生素、性激素等也相繼被發現可以通過不同信號通路影響髓鞘再生[33]。祖國傳統醫學對脫髓鞘疾病的治療具有悠久歷史，人們發現許多中藥以及中藥提取物具有促進髓鞘再生的作用。人參皂苷(Ginsenoside,Rg1)是天南星科草本植物主要生物活性成分之一，在中醫藥中被用于保護神經組織，Rg1 可以通過GSK3β/β-連環蛋白信號通路促進脫髓鞘小鼠模型重新髓鞘化和功能恢復[34]?？鄥A是一種從苦參根中提取的喹諾齊丁生物堿化合物，可以激活PI3K/Akt/mTOR 信號通路，促進OL 發育[35]。硬膜外電刺激(epidural spinal cord stimulation,ESCS)作為物理性的治療方法，被發現可能通過抑制骨形態發生蛋白4(bone morphogenetic protein 4,BMP4)-Smad1/5/9 信號通路，促進SCI 后OPC 的存活和分化，使損傷28 d 后脊髓的髓鞘面積顯著增加[36]。隨著更多新的藥理靶點的發現，研究者對傳統藥物和治療方法與OPC 移植聯合治療SCI 的前景充滿期望。

3 OPC 移植的臨床進展

目前OPC 移植治療SCI 的臨床試驗樣本量較少。譜系細胞治療用少突膠質細胞祖細胞(lineage cell therapeutics oligodendrocyte progenitor cells,LCTOPC1)是來源于人類多能干細胞系的OPC，被用于治療創傷性SCI，有研究[37]對5 例T3～11神經完全性SCI 患者進行了LCTOPC1 移植治療，在為期10 年的隨訪中沒有發現與LCTOPC1 移植相關的神經功能減退、腫瘤、脊髓進一步損傷或瘺管形成等并發癥，說明SCI 患者對這類細胞具有良好的耐受性，證明了LCTOPC1 移植的安全性。在另一項LCTOPC1 移植的臨床試驗[38]中，25 例創傷SCI 患者通過1 年的隨訪，沒有參與者出現神經惡變，大多數參與者身體至少有一側的運動水平至少改善一個等級，但是大多數參與者的感覺評分改善較小，并且改善程度與性別、年齡、細胞劑量、受傷天數和干預時間沒有相關性。臨床實驗[39]證明細胞移植治療SCI 具有可行性，部分患者的影像學檢查發現了與移植細胞相關的髓鞘化和神經束再生，但是大部分患者的感覺和運動功能沒有都得到改善?？紤]到供體細胞的提取和培養需要一定周期，患者在接受細胞移植的時候已經處于SCI的慢性期。動物實驗結果[10]顯示，在慢性期移植細胞治療SCI 的效果并不理想。因此如何縮短治療周期或許是以后臨床實驗迫切需要解決的問題。

4 展 望

SCI是一類復雜的疾病，CNS 的損傷并不能隨著病程的推移而得到逆轉，相反因為繼發性損傷的存在，造成殘留的神經元、軸突、髓鞘等組織進一步受損或者再生失敗。細胞移植治療SCI 的研究在最近取得相當大的進步，一些治療方法已經進入臨床實驗階段，這為SCI 患者帶來希望。OPC 移植可使殘留軸突重新髓鞘化，有效保護了殘留軸突免受SCI 早期抑制性微環境的損害，使殘留軸突的功能得以保留；同時補充髓鞘細胞，有利于維持內環境的穩態，為潛在的脆弱的再生軸突提供保護和能量?，F在的技術已經可以通過臍帶血、骨髓甚至體細胞等途徑獲得OPC，移植細胞的來源和倫理問題已經不再是最大的困擾，而如何使移植細胞發揮更大的功能一直是該領域的廣大科研人員希望攻克的難題。新藥理靶點的發掘可使傳統藥物和治療方法更快、更高效地被運用到SCI 的臨床救治中，聯合基因治療和組織工程材料等復合療法，或許可以進一步優化OPC 移植對SCI 的治療效果。此外，新技術的發展也推動了OPC 移植的研究。隨著單細胞測序技術的普及，髓鞘細胞被進一步細分，不同類型的OPC 細胞有著不同的功能。在SCI 病程的不同階段，特定類型的OPC 或許有利于SCI 的修復，這對未來細胞移植有著重要的指導意義。