神经干细胞在中枢神经系统移植中的研究进展

山东大学齐鲁医院神经外科 刘玉光 吴承远

瑞典卡洛琳斯卡大学 魏东光

　　干细胞是指能自我复制和产生不同子代细胞的细胞，而神经干细胞是指能够产生神经元、星形细胞、少突胶质细胞的具有多分化潜能、并能充分自我复制的细胞。“先祖细胞”是指产自神经干细胞、能进行有限自我复制的、多分化潜能受到部分或完全限制的比神经干细胞有更明确谱系背景的细胞。“前体细胞”是指在发育过程中比其他细胞出现更早的细胞。神经干细胞具有以下特征：①具有分化为神经系统的各种细胞(如传入神经元、中间神经元、传出神经元，各种胶质细胞等)的能力;②未达到终末分化细胞;③终身保持分裂能力;④具有多分化潜能。由于通常情况下很难确定中枢神经系统内某一细胞是否具备上述所有特征，因此，人们常用前体细胞代指神经干细胞。近年来人们在胚胎和成年中枢神经系统的不同部位，如纹状体、端脑、海马、大脑皮层、侧脑室旁区、齿状回、小脑、脊髓及癫痫灶等部位均成功分离出了神经干细胞[1~3]。

　　Sharp等研究证明缺血后神经干细胞可分裂成神经元和星形细胞，显示了中枢神经系统终身的可塑性及再生能力。Sharp等的进一步研究表明，卒中时新生神经元不出现，是因为严重的缺血已导致神经元的死亡，通过控制缺血程度可刺激新神经元的产生而不杀死其他神经元。Aberg 等对记忆障碍的治疗做了更进一步的研究，他们通过外周途径向成年大鼠注入胰岛素样生长因子-1，发现给药后6小时海马齿状回有大量神经前体细胞产生，并且这些神经前体细胞大部分分化为神经元[4]。Biebl等发现成年脑内不仅能够持续产生神经元而且新生的多余的神经元可以通过凋亡去除，这一精确的反馈调节机制可以保证神经结构和功能的完整性[5]。Tao等尝试将bFGF注入新生大鼠以观察它能否刺激脑内已有的神经干细胞的增生，结果发现小脑组织细胞的分裂增殖率增加了50%[6]。Kojima等通过向成年大鼠鞘内注射含EGF 和bFGF的人工脑脊液发现脊髓室管膜的前体细胞发生了原位扩增[7]。

　　目前，在治疗某些神经系统功能缺失疾病时，临床上多采用胚胎神经组织、细胞移植来弥补这些缺失的神经功能。由于存在胚胎细胞移植的道德、伦理问题、供体的年龄限制以及无法确切保证移植物的来源、活性、污染、排斥、纯度的可靠性，体外培养的神经干细胞已具有替代胚胎神经组织、细胞移植的广阔前景。体外培养的神经干细胞具有以下优点：① 在可控制的培养条件下，能够实现快速体外扩增，满足移植所需的细胞数量。② 根据移植的部位及疾病不同，可在体外使神经干细胞定向分化为与受体部位细胞相同神经细胞，然后再行移植。③ 神经干细胞便于低温保存，且复苏后仍具有原来的生物特性，因此可构建各种不同的神经干细胞库，以满足不同的需求，使神经细胞移植向产业化发展。④ 神经干细胞能够持续分裂、增殖，并能与受体组织顺利整合，因此可将神经干细胞制成“治疗性基因”的载体，实现外源性治疗基因的高效表达与基因治疗[8]。

　　在选择性条件下，将少量的神经干细胞在体外大量扩增，并将之定向分化为所需的特定细胞，用于移植治疗，从而解决多年来神经移植细胞来源不足及移植细胞不纯的问题。同时，还可通过基因的直接导入调控内源性神经干细胞的增殖、分化，治疗某些中枢神经系统退行性疾病，或作为先天性遗传性疾病基因治疗的载体。已有人报道将神经前体细胞注入胎鼠脑室内，出生后进行脑组织检查发现移植的细胞在脑内扩展并分化成各个部位特征性的神经组织[9~11]。将取材于人大脑的经培养的神经干细胞移植入成年鼠脑的侧脑室旁区和海马的齿状回内，可见植入的细胞表达与受体移植部位细胞相同的抗原，并与受体的神经元一样向特定的部位移动[12]。

　　Peschanski等曾利用能分化成氨酪酸能神经元的神经母细胞治疗Huntington氏病[13]。Smith 等从猪的SZ区分离获得神经干细胞并在体外诱导分化为少突胶质细胞后植入脊髓脱髓鞘病变的大鼠模型，经观察形成了新的具有生理功能的髓鞘[14]。Liu 等直接将原始的胚胎干细胞植入大鼠脱髓鞘脊髓模型，发现这种原始的胚胎干细胞也可以形成具有生理功能的髓鞘[15]。可产生少突胶质细胞和2型星形细胞的双潜能的神经干细胞O-2A已在脊髓损伤和多发性硬化等动物模型中被用作可产生髓鞘的供体。神经干细胞O-2A植入受损的脊髓后绝大部分分化成少突胶质细胞。1%的神经干细胞O-2A产生星形细胞，移植物产生的少突胶质细胞使受损区90%裸露的轴突再髓鞘化。所产生的轴突虽然较细但同正常未受损区脊髓的髓鞘相比并没有明显的区别。这一研究结果表明体外培养的神经干细胞O-2A细胞植入中枢神经系统后仍能保持双潜能特性，由神经干细胞O-2A产生的少突胶质细胞可行使其正常功能，使裸露的轴突再髓鞘化，说明培养的O-2A等神经干细胞可用以治疗外伤，变性等原因所致的脱髓鞘改变。Alonso发现给大鼠长期注射糖皮质激素可抑制脑内广泛区域的少突胶质干细胞再生，由于少突胶质干细胞在神经再生的再髓鞘化过程中起非常重要的作用，这一研究结果提示在颅脑或脊髓外伤后常规使用糖皮质激素很可能不利于神经再生[16]。

　　永生化的神经干细胞和原代培养的神经干细胞已被用作外源性基因的载体以纠正体内因某种酶、神经营养因子或神经递质缺乏所造成的神经功能缺失。Snyder等用永生化的小鼠小脑干细胞携带人β-葡萄糖醛酸酶基因，治疗Ⅶ型粘多糖贮积病小鼠模型，结果发现脑内部分区域粘多糖的贮积明显减少。这种小脑干细胞系在体内可存活8个月之久，并能表达β-葡萄糖醛酸酶[17]。Rubio 等将永生化的人神经干细胞株HNSC.100植入成年大鼠的纹状体和黑质，结果发现植入的神经干细胞株可融入周围的神经结构，下调了神经干细胞的标志蛋白巢蛋白的表达，并能分化为少突胶质细胞、神经元、星形细胞。表明永生化的神经干细胞可作为神经系统细胞移植的理想资源[18,19]。

　　人们用能够表达对多巴胺能神经元有特异性营养作用的胶质细胞源性神经营养因子基因的工程细胞移植治疗帕金森病，收到明显疗效。但是，用于基因转移的大多数载体植入脑内后需采用微囊包裹等技术施行免疫隔离，以保证移植物的活性及宿主的安全。永生化神经干细胞系，在脑内没有成瘤性，能长期存活，并容易与宿主整合。有人尝试将TH基因转入HiB5、ST14A和C17-2等永生化神经干细胞系并植入帕金森病动物模型，或将人神经干细胞植入帕金森病大鼠模型中进行动物实验研究，取得了较好的结果[20，21]。永生化的ts细胞系作为运载细胞，经过视黄酸bFGF等处理后植入帕金森病大鼠模型，动物在移植后2～4个月内维持良好的TH表达[21]。Wanger将来源于小鼠小脑的神经干细胞株C17-2细胞诱导为中脑多巴胺能神经元，用以移植治疗帕金森病模型鼠，获得显著疗效[22]。Nishino等将体外经bFGF 和EGF扩增的大鼠中脑神经干细胞植入大鼠帕金森病模型的纹状体中，结果发现植入的神经干细胞可分化成多巴胺能神经元，半数以上的帕金森病大鼠模型动物得到缓解[23]。

参考文献

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