脊髓损伤后脑脊液在内源性神经干细胞增殖分化中作用的实验研究进展

赵文波 综述 李青 审校

(贵州医科大学,贵州 贵阳 550004)



·综 述·

脊髓损伤后脑脊液在内源性神经干细胞增殖分化中作用的实验研究进展

赵文波 综述 李青 审校

(贵州医科大学,贵州 贵阳 550004)

脊髓损伤； 内源性神经干细胞； 脑脊液

近年来随着神经再生研究的发展，神经干细胞(NSCs)治疗脊髓损伤(SCI)成为研究领域内的热点，给SCI的神经修复重建燃起了希望。目前，脊髓损伤神经干细胞治疗研究主要分两大类：外源性神经干细胞移植和内源性神经干细胞(ENSCs)激活。与外源性 NSCs 相比，ENSCs具有诸多优势。ENSCs 没有外源性带来的免疫排斥、成瘤风险、道德伦理等问题，更适合于临床运用。

1 脑脊液特性及其生理作用

脑脊液(CSF)主要由脑室脉络丛(CP)分泌[1]，充满脑室、脊髓中央管、蛛网膜下隙，最后主要由室管膜和静脉系统重吸收。CSF的化学成分与脑/脊髓组织细胞外液的成分大致相同，两者间可以进行物质交换。CSF又被称为是除血液和淋巴以外的第三循环，某些离子和多肽等物质进入CSF后可以慢慢地扩散到脑细胞外液再递送到脑细胞[2-3]，目前这个CP-CSF-脑细胞外液分配关系被视为是对大脑供应的主要渠道之一[1]。最近，K.Baruch等[4]对大鼠的研究表明，大脑通过CSF向下传输信号，CSF的信号亦可负反馈调节大脑信号分子的分泌，在CP-CSF和大脑之间通常有持续的双向流动的信息分子。因此，CSF既有营养和保护脑与脊髓的作用，也有信息传递中介作用，并且在大脑与脊髓健康发育中起关键作用。

2 SCI病理改变及ENSCs对SCI修复的作用

SCI导致局部出血、水肿、大量神经细胞死亡和血液-脊髓屏障破坏，接着是免疫细胞的渗透。炎症、自由基形成、以及其他细胞性活动在病变部位造成继发性损伤级联反应，进一步杀死更多的细胞，包括少突胶质细胞和幸存神经元轴突[5]。脱髓鞘轴突很容易变性，没有快速的髓鞘再生，神经元可能死亡，导致损伤和功能障碍加重[6]。

目前，研究[7-9]已经证实在成年哺乳动物脊髓的室管膜、膜下区及实质中存在ENSCs，并且在SCI后出现大量反应性增生。在未损伤的脊髓，室管膜细胞很少分裂，但在细胞培养中他们开始积极活跃并展示了多潜能性引起星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元的增多[8]。在体内，SCI后室管膜细胞开始迅速分裂，生成大量的星形胶质细胞和少量少突细胞以及少量有髓鞘的轴突[8]，生成神经元的比例极少。星形胶质细胞形成胶质疤痕可产生抑制性因子，如硫酸软骨素蛋白多糖等[10]，并可形成天然的物理屏障，阻碍轴突再生穿过瘢痕区。但另有研究[10]发现胶质疤痕可限制继发性损伤的扩大，从而减少神经元死亡和功能进一步恶化，表明SCI后胶质疤痕对的SCI亦有有利影响。少突胶质细胞可参与髓鞘修复和重建，但SCI可波及大范围内的髓鞘脱失，且室管膜细胞分化形成的星形胶质细胞比例较大，胶质瘢痕范围也广，这些都阻碍了少突胶质细胞的神经再生作用。ENSCs通过分化出神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，填充因损伤造成的空洞，并且在神经细胞之间可以形成突触样的结构，使神经组织损伤区域的组织结构得以修复，使中枢神经系统的功能得到一些恢复。但其持续增殖能力有限及大部分向胶质细胞分化而治疗效果欠佳，对SCI的修复作用有限。所以，如何激活并调控ENSCs的增殖、分化是取得突破的关键。

3 CSF对ENSCs增殖、分化影响的实验研究

SCI后局部微环境会发生改变，微环境的改变又可影响ENSCs的增殖、分化。而SCI后通过改变CSF的成分，可以为损伤部位反应性增生的ENSCs提供一个适合的增殖分化环境，促进脊髓损伤修复。吕志刚等[11]研究显示炎症因子TNF-A、IL-6和IL-10在SCI大鼠CSF内有较强表达,而在血液中表达很低。C.G.Craig等[12]研究发现，连续将表皮生长因子注入成年小鼠前脑6d，可引起室管膜下细胞增殖。赖福生等[13]通过应用单唾液酸神经节苷脂鞘内注射治疗恢复期脊髓损伤，亦得到满意疗效。A.Kojima 等[14]通过髓内注射表皮生长因子和成纤维细胞生长因子-2后ENSCs增殖速度提高，Nestin表达明显增强，动物脊髓功能恢复明显。而N.C.Bambakidis等[15]发现SCI后直接鞘内注射Shh(蛋白可促进ENSCs的增殖和存活。动物试验也发现切割大鼠穹窿海马伞后，向侧脑室中注射神经生长因子可致ENSCs增殖加快并向神经元分化[16]。J.Buddensiek等[17]研究发现,胎鼠NSCs在成人CSF中比在标准培养基中能更好地存活,更好地增殖和分化。另有部分学者[18]将NSCs分别在血性CSF和正常CSF中培养，证实NSCs能在两种CSF中存活、增殖和分化，并且分化方向不同，故CSF对神经元的形成及NSCs增殖分化起重要作用[18]。而我们前期的实验研究[19]也发现，脑脊液中加入碱性成纤维细胞生长因子等，损伤的脊髓组织中ENSCs明显增多，与以往的实验研究结果一致。

故此可知，当脊髓损伤后，其局部的微环境以及脑脊液成分均发生改变，且两者间成分变化相似，脑脊液以及局部微环境的变化可促使ENSCs更快增殖、分化，但其增殖的能力存在一定的限度，且细胞更多的是分化成为神经胶质细胞，而分化为神经元的数量很少。同时，在脊髓损伤后通过脑脊液途径注射神经生长/营养因子，可增强ENSCs增殖、分化，促进脊髓损伤修复。

上述实验均采用CSF途径给药，随着CSF的流动，药物会广泛分布于大脑组织和脊髓组织，而实验观察到的神经修复作用是否都是这些生长/营养因子直接作用于NSCs 产生，其中是否伴有脑组织的连锁反应值得思考。

4 问题与展望

脑脊液—脑/脊髓屏障结构为两者间相互渗透的关键屏障，可选择性的通过各种大分子物质。脑/脊髓与脑脊液之间不但存在着物质交换，而且本身就是一个神经体液调节的回路，是免疫—神经—内分泌网络系统的重要组成部分。我们如何通过调控脑脊液成分变化或其渗透屏障来调控ENSCs微环境，进而调控ENSCs的增殖、分化有待进一步研究。

ENSCs增殖、分化是个非常复杂的过程，有众多调节因子及信号通路参与其中，组成复杂的调控网络。单一靶向治疗效果并不显著，多靶向联合才是今后进一步研究的重点。目前，国内外对脊髓损伤后影响NSCs增殖、分化的微环境的内在特性及调控机制所知甚少。因此，了解更多关于ENSCs的特性以及其所生存的微环境的特性，将更有助于寻找促进神经再生的分子信号和关键靶点。通过寻找SCI后CSF成分改变影响脊髓组织中ENSCs增殖、分化的关键调控靶点，以此为切入点，也许将为ENSCs修复SCI提供一个新思路。

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贵州省科技合作计划[黔科合LH字(2014)7149]

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