间充质干细胞在神经系统疾病中的应用

间充质干细胞在神经系统疾病中的应用

标签：间充质干细胞;神经系统疾病;应用

间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)是一种中胚层发育的早期细胞,为重要的多潜能干细胞,主要存在于全身结缔组织器官中,具有多向分化的潜能。可分化为中胚层起源的多种组织细胞,如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等;在适宜条件下也可跨组织分化为神经细胞等,并具有相应功能。本文主要对近年来MSCs在神经系统疾病治疗中的潜在作用作一综述。

1 基因治疗帕金森综合征

很多体内实验证实,骨髓间充质干细胞(Bone Marrow Mesenchymal stem cells,BMSCs)较易导入外源性基因并可实现体内高效长期表达,在神经系统疾病治疗中的研究尤为深入,特别是对帕金森综合征(Parkinson’s disease,PD)模型的研究。Lu等[1]将络氨酸羟化酶(T yrosine Hydroxylase,TH)基因由腺病毒相关病毒载体介导入MSCs中,筛选TH基因阳性的克隆移植入PD模型鼠内,6周后取脑组织做免疫组化染色,利用高效液相色谱仪及电子化学检测法检测TH基因的表达。研究结果显示,MSCs迅速增加并分化为成纤维细胞,TH的基因表达水平与无MSCs移植对照组有显著性差异。纹状体内多巴胺的水平明显升高,提示TH_MSCs能有效转移和表达多巴胺合成中的限速酶_TH基因,从而在纹状体内产生多巴胺。这种方法可刺激PD患者脑组织局部生成多巴胺,改善神经症状,显示了一定的临床应用前景。

2 MSCs移植治疗脑梗死

MSCs移植治疗神经系统疾病研究最多的是脑梗死。脑梗死通过常规治疗仍有一半乃至一半以上的存活者遗留瘫痪、失语等严重残疾。寻找能从组织结构上修复坏死神经元方法意义重大,MSCs移植治疗是前景光明的研究方法。MSCs 移植的动物实验的移植途径方法主要有[ 2]:立体定位直接注射法、经颈动脉灌注、经蛛网膜下腔注射及经外周静脉注射法等。Li等[ 3]对比研究直接注射至纹状体周围和经静脉移植的效果,发现经颈静脉移植BMSCs组的病灶区表达神经元标志的细胞是直接注射至纹状体的8倍。但是经静脉移植BMSCs可能仍存在肝脏的首过代谢,而且通过肺循环也会损失一定数量的细胞,如果增加细胞浓度又可能导致静脉血栓。Willing等[4]通过股静脉和直接注射脐血MSCs后发现治疗效果明显高于未接受移植动物组,并证明静脉注射细胞与直接将细胞移植到纹状体效果相当,且前者损伤小。

将预先标记好的BMSCs移植到大鼠大脑中动脉闭塞侧脑内,对移植前后分别进行行为学和神经功能缺损评分。最终发现植入细胞优先迁移到缺血皮质,实验组动物行为学和神经功能明显改善[3]。来自动物实验的证据表明,MSCs移植后可在中枢神经内存活、移行、与宿主整合、分化为神经细胞并促进脑功能恢复,为临床应用MSCs治疗脑缺血提供了更可靠依据。有报道[5]将绿色荧光蛋

白转基因小鼠BMSCs立体定向植入大脑中动脉供血区梗死后1 周的小鼠同侧纹状体内,用荧光显微镜在体内观察,发现移植后数周同侧脑顶部绿色荧光随着时间的延长越来越明显。3月后免疫组化染色也证实,移植细胞迁移到梗死边缘区,且表达神经元或星形胶质细胞的标志物。观察接受大剂量细胞静脉植入的大鼠发现[6],移植后2 周神经运动功能、本体感觉和平衡能力改善。Chen等[7]研究发现,给梗死3h后静脉注入BMS Cs可明显缩小梗死体积,改善神经运动功能。Lu等[8]进一步证实了MSCs经颈内动脉注射入脑缺血大鼠,可分布于大脑皮层等损伤部位,且培养液中加入神经生长因子BDNF可促进MSCs迁移入大脑,将一定数量MSCs由尾静脉注入大脑中动脉栓塞1h的大鼠,2周后缺血区周围内源性血管内皮生长因子(VEGF)及其受体表达升高;形态学和影像学分析显示,增粗的薄壁血管和新生毛细血管数量增加。MSCs移植治疗脑梗死的可能机制主要有[2]:重建神经环路, 分泌神经营养因子,减少神经细胞凋亡,促进移植区域血管的再生,还可能促进内源性神经干细胞的增殖及分化。

3 MSCS与神经系统功能重建

在自体免疫性脑炎皮质出血实验性模型中,有很多骨髓来源的MSCs细胞迁移到受伤部位,可能会促进局部大脑结构的重建[9]。BMSCs在神经组织重建中的作用机制尚不清楚, 但这些细胞间的相互作用与细胞因子的分泌,可能对神经组织和功能的重建有重要意义。目前的研究显示MSCs来源的神经样细胞缺乏神经细胞的电生理特点,但MSCs良好的可塑性和体外易培养性,可能会成为治疗难治性神经损伤性疾病的新途径。

4 MSCs治疗创伤性脑损伤

MSCs还能通过分泌某些细胞活性因子治疗某些创伤性疾病。MSCs能通过自体移植进行替代治疗中枢神经损伤。有实验[10]发现移植的MSCs可通过释放活性骨形成蛋白4(BMP_ 4)有益于神经祖细胞和干细胞内的星型胶质细胞的生长。对于BMSCs移植促进脑损伤神经功能恢复和减少损伤后细胞凋亡的机制[11]可能与BMSCs移植后其分泌的或促进局部损伤脑组织分泌的多种神经营养因子或细胞因子发挥的神经保护作用有关。神经生长因子、脑源性神经因子等细胞因子通过一系列作用阻止神经细胞凋亡,该因素对脑损伤后神经功能恢复有重要意义。

5 MSCs治疗脊髓损伤

在大鼠脊髓损伤后即刻或1周后局部注入MSCs,5周后进行组织学检查,移植的MSCs与纵向排列的未成熟星型胶质细胞密切相连,形成许多联系损伤周围区域的纤维束;在纤维瘢痕和细胞植入点间存在大量表达神经纤维丝和一些5_羟色胺阳性的纤维。1周后注入MSCs的大鼠神经功能恢复更为显著;存活细胞数量较多且遍及全部损伤区域;而损伤后立即注入组存活细胞量较少,主要位于损伤区域的周围,可能与损伤后局部存在缺血、坏死及细胞毒性物质含量的变化有关[12]。

此外,MSCs治疗脱髓鞘病等实验研究也已逐渐深入,而且研究结果表明MSCs植入动物模型后,疾病状态均有所改善,且未引起炎症反应和免疫排斥反应。由此可见,MSCs是治疗神经系统损伤比较适宜的细胞来源,有很大的临床应用价值。

6 问题与展望

近年来,MSCs被探索用于作为细胞治疗和基因治疗的载体,这种细胞相对地较为容易获取、分离、扩增及转染外源性基因。利用MSCs进行组织工程研究的优点为:1)取材方便,且对机体无损害;2)MSCs取自自体,用其诱导而来的组织进行自体移植不存在组织配型及免疫排斥反应;3)MSCs诱导分化的组织类型较多,因此在许多疾病治疗中有广泛的应用。对MSC s的研究与临床应用正在不断发展,越来越多的动物实验和早期临床试验已初步证明MSCs治疗的安全性和潜在的疗效。但仍有不少问题亟待探索解决,诸如(1)MSCs含量有限,需经体外大量培养扩增;(2)如何筛选MSCs特异性标物;(3)MSCs经体外培养扩增后,在宿主脑内会不会产生肿瘤样变;(4)哪种干细胞(包括神经干细胞、骨髓间充质干细胞和脐带血间充质干细胞等)是用于基因治疗等最理想的候选细胞;(5)虽然MSCs 在神经系统疾病中显示了一定的潜在疗效,但作用机制尚不明了。总之,MSCs 用于细胞移植和基因治疗的实验研究成果为未来应用于临床展现了美好前景,为中枢神经系统功能重建和神经生长提供了新的治疗途径。

参考文献

[1]Majumblar MK, Banks V, Peluso DP, et al. Isolation,characterization ,and chondrogenic stromal cells[J]. J Cell Physiol,2000,185:95-106.

[2]姜丽晶,杨文丽,王鹏,等.干细胞移植治疗闹梗塞研究现状[J].实用心脑肺血管病杂志,2008,16(4):307-311.

[3]Li Y, Chopp M, Chen J, et al. Inteastriatal transplantation of bone marrownonhematopoietic cells improves functional recovery after stroke in adult mice[ J]. J Cereb Blood Flow Metab,2000,20:1311-1319.

[4]Willing AE, Lixian J, Milliken M, et al. Intravenous versus intrastiatal co rd blood administration in a rodent model of stroke[J]. J Neurosci Res,2003,73 (3):296-307.

[5]Shichinohe H, Kurodas, Lee JB, et al. In vivo tracking of bone marrow strom al cells transplanted into mice cerebral infarct by fluorescence optical imaging [J]. Brain Res Protoc,2004,13:166-175.

[6]Iihoshi S, Honmon D, Houkin K, et al. A therapentic window for intravenousadministration of autologous bone marrow after cerebal ischemia in adult