脊髓損傷(spinalcordinjury)最常由車禍和體育運動引起，常導致肢體嚴重的運動和感覺功能障礙，對患者造成巨大的身心創傷，對家庭和社會也形成很大的負擔。脊髓損傷目前還無有效的治療方法，發病早期主要依賴於外科減壓和激素治療，後期隻能做康複治療。而幹細胞治療有希望成為有效的方法，已經有實驗證實：幹細胞移植到脊髓損傷動物模型後可存活、遷移、減輕炎症反應、釋放神經營養因子、減少膠質瘢痕的形成、促進軸突再髓鞘化，從而促進損傷脊髓的再生和受損功能的恢複。筆者複習了2000-2015年幹細胞治療脊髓損傷的相關論文，對於治療脊髓損傷的幹細胞種類、移植前處理、移植方法以及其他有臨床意義的內容作一綜述。

1脊髄損傷研究的幹細胞種類

        1.1骨髓間充質幹細胞

        骨髓間充質幹細胞(bonemarrow-derivedmesenchymalstemcells，BMSCs)是較早應用於治療脊髓損傷研究的幹細胞，在體外試驗中已經證實，這類幹細胞可以被誘導分化為神經細胞和膠質細胞;在體內實驗中可以觀察到移植細胞圍繞著受體神經的軸索，起到神經膠質細胞的作用;動物實驗證實移植骨髓幹細胞可促進受損脊髓再生，減小損傷空腔，提高神經營養因子如神經營養因子3(neurotrophicfactor3，NT-3)、腦源性神經營養因子(brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF)、血管內皮生長因子(vascularendothelialgrowthfactor，VEGF)的表達水平，促進軸突生長，減弱感覺過敏，促進局部血管形成，抑製膠質瘢痕形成，降低局部炎症因子如IL-1β、TNF-a的表達，改善肢體運動功能。

        骨髓幹細胞的優點是較易從骨髓中獲取，並且可以取自患者自身而不涉及倫理學問題。不足之處是單次獲取量有限，需要在體外培養和增殖，待達到一定數量後再進行移植;此外，這些骨髓幹細胞是否能在多次傳代和增殖過程中持續保持其生物學特性還有待於證實。

        1.2神經幹細胞

        神經幹細胞(neuralstemcell，NSC)是另一類用於脊髓損傷治療研究的細胞，在體外可分化為神經元、星形細胞和膠質細胞：部分體內實驗也證實神經幹細胞可向神經元細胞、膠質細胞、星形細胞和少突細胞分化。目前，有許多神經幹細胞治療脊髓損傷的研究：動物實驗顯示神經幹細胞移植後可存活，並呈現出膠質纖維酸性蛋白和pm微管蛋白(pm-tubulin)染色陽性，可促使局部神經營養因子如BDNF、NT-3的表達上調，凋亡蛋白酶3(caspase-3)的表達下調，這都利於局部損傷的修複。神經幹細胞移植後，可見細胞和受體組織相融合，可促進軸突再生[6'9]，促進神經元軸突再髓鞘化，軸突可越過白質向灰質滲透，與宿主神經元形成突觸：61，向損傷區域外遷移，實驗動物的功能得到明顯改善。

        盡管神經幹細胞移植被認為是一種有前景的治療方法，但其長期效果有待證實。一項長達12個月的研究顯示，移植的細胞至少存活了6個月，並且在這期間實驗動物有功能改善，但12個月後大部分移植細胞失去了它們的形態學特征並且破裂，且功能改善在6個月之後就不再持續。在6個月時觀察到大量CD8陽性T細胞滲透進脊髓組織，推測移植細胞可能激活了受體的免疫係統，移植的細胞數量減少可能是由於遭到激活的免疫係統攻擊所致。早期的功能恢複是由於其分泌神經營養因子所致，移植後6~8個月細胞開始大量分化為星形細胞，分泌神經營養因子的能力減弱，功能恢複也不再繼續。Neraati等使用猴神經幹細胞移植治療恒河猴脊髓損傷，移植細胞並未大量存活到6個月之久，但卻有明顯的改善肢體和尾巴運動功能的效果。在移植後第6個月可觀察到實驗動物有意識的肢體和尾巴運動，甚至部分動物可站立，且細胞移植治療可明顯降低實驗動物肌肉萎縮和褥瘡的發生率。

        神經幹細胞是神經細胞和膠質細胞的前體細胞，理論上講更容易向神經細胞分化，更容易調控其分化過程，這是它在治療脊髓損傷方麵的優勢。但是，由於神經幹細胞需要取材於腦組織和脊髓，人的神經幹細胞來源於流產胎兒，涉及到倫理學問題，其臨床實際應用的可能性很小。

        1.3胚胎幹細胞

        胚胎幹細胞(embryonicstemcells，ESC)為多能幹細胞，具有高度的增殖分化能力，可分化為內胚層、中胚層、外胚層組織，由於其具有分化為幾乎所有細胞的能力，也被用於治療脊髓損傷的研究。目前的一些動物實驗結果顯示，移植胚胎幹細胞可減弱局部炎症反應，表達基質金屬蛋白酶9，從而酶解膠質瘢痕的成分之一硫酸軟骨素多糖，抑製膠質瘢痕的形成，改善運動功能。還有研究顯示，移植細胞存活且在移植後7d內，新生的軸突以大於1mm/d的速度向瘢痕內生長，此軸突更傾向於在白質內再生。

        胚胎幹細胞需取自胚胎組織，這將涉及倫理學問題，臨床實際應用會受到很大的限製。胚胎幹細胞在實際應用時如何調控其分化、避免腫瘤發生等，將是研究的難點和重點。

        1.4人臍帶血幹細胞

        人胳帶血幹細胞(humanumbilicalcordbloodmesenchymalstemcells，hUCBSCs)是在胎兒分挽時從擠帶血中獲得，是具有實際臨床應用價值的幹細胞來源，目前世界上多個國家已建立胳帶血庫。hUCBSCs可分化為骨、軟骨、脂肪、骨骼肌、心肌、神經元等，與其他成體幹細胞相比，在體外有更快的增殖速度和更小的免疫原性。其在治療血液係統疾病、免疫性疾病中的益處已被證明。hUCBSCs在治療脊髓損傷方麵的作用也被逐漸認識，如可通過表達神經營養因子，改善微環境，從而有利於神經修複;實驗中觀察到移植的細胞向遠處小距離遷移，受體膠質細胞可向移植物內遷移，髓鞘化的軸突可向移植物內生長，胳帶血幹細胞移植可明顯促進動物的肢體運動功能恢複，提高動物對於刺激的反應性。

        臍帶血幹細胞來源於新生兒的臍帶血，因其來源有限，限製了其應用，但臍帶血庫的建立在一定程度上緩和了這個問題。此外，胳帶血的應用也存在著一定程度的倫理學問題。

        1.5脂肪來源幹細胞

        脂肪來源幹細胞(adipose-derivedstemcells，ADSCs)是從抽脂患者的脂肪液中分離獲得，可分化為骨、軟骨、脂肪等組織細胞M8i。一些研究顯示了其在多個學科疾病治療上的作用：在自身免疫性疾病的治療上可減少破骨細胞形成、促進免疫耐受、減輕炎症反應，從而減弱類風濕性關節炎動物模型的局部和全身性的骨組織丟失;還可改善血管活性，如ADSCs注射可提高缺血-再灌注遊離皮瓣的存活率以及加強急性心肌梗死動物模型的心肌再灌注;甚至還可在體外促進毛發合成細胞的增殖及促進體內毛發的生長。ADSCs也應用在脊髓損傷的研究：體外預先神經性分化的ADSCs局部移植可較好地存活並參與到神經修複中;預分化的ADSCs可在脊髓組織內存活，緊密地和脊髓組織融合並且較好地包繞神經元軸突和少突細胞;用ADSCs預分化的雪旺細胞移植，可促進軸突再生和再髓鞘化，運動功能有明顯的改善，感覺功能恢複到正常水平。

        ADSCs用於脊髓損傷方麵的研究還不多，但由於其提取方便、來源充足、可一次大量獲取，不需體外增殖便可移植，使用自身的ADSCs不涉及倫理學問題，這使得其與其他細胞相比有較大的實際應用優勢，是一種有前景的幹細胞類型。

2幹細胞移植前的預處理

        2.1細胞移植前轉染神經營養因子

        有許多研究者做了移植前的細胞轉染，試圖在細胞內轉染有利於神經生長的因子，其中使用最多的是各種神經營養因子(如NT-3、VEGF、FGF、BDNF等)。神經營養因子可促進神經細胞存活和軸突生長。

        NT-3NT-3是眾多神經營養因子的一員，可促進神經組織的修複，有學者證實，經轉染表達NT-3的骨髓幹細胞較普通幹細胞療效更明顯，能更明顯減小受損區域空腔，更好地提高動物運動功能的恢複，提高NT-3、BDNF、VEGF的表達水平，減少硫酸軟骨素多糖的表達。Wang等的研究則顯示，聯合移植中表達NT-3的雪旺細胞(NT-3-SCs)和表達Trkc(NT-3受體)的神經幹細胞(Trk-NSCs)，可促進神經幹細胞的分化、再髓鞘化和和突觸形成。

        VEGF脊髓損傷後的低氧環境限製了幹細胞移植後的存活率，血管內皮生長因子(VEGF)可促進血管生成、有神經保護作用，轉染表達VEGF的幹細胞移植是有前景的治療方法，但不受控製的VEGF表達也可導致腫瘤的形成。為解決此問題有學者將轉染VEGF的神經幹細胞在低氧環境下預培養形成VEGF表達穩定的細胞係，再移植治療鼠的脊髓損傷模型，結果顯示移植細胞存活率增加並促進血管形成，且沒有引起異常的細胞增殖和血管形成。而將骨髓間充質幹細胞轉染表達Shh基因可提高FGF、VEGF的表達、改善局部微環境，從而提高移植細胞的存活率。

        2.1.3成纖維生長因子

        成纖維生長因子(basicfibroblastgrowthfactor，bFGF)可促進細胞有絲分裂和增殖，在脊髓損傷後促進軸突再生和修複方麵重要作用。利用轉染bFGF的骨髓幹細胞治療動物脊髓損傷，可更好地促進軸突再生和運動功能恢複，增加受損局部NF-200和髓鞘堿性蛋白陽性神經細胞的密度。幹細胞移植受限於它的低存活率、增殖能力和促進功能恢複的能力，有學者將FGF-2置於聚丙交酯納米微球，發現在體外培養時釋放的FGF-2可以促進幹細胞的增殖，將它們共同植人受損脊髓局部可提高細胞的存活率並促進運動功能的恢複。

        2.1.4BDNF

        腦源性神經營養因子(brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF)也是一種常見的神經營養因子，將轉染BDNF的骨髓間充質幹細胞移植治療鼠的脊髓挫傷，可大大提升BDNF的表達水平，富含血小板血漿和BDNF-BMSC聯合治療可明顯增加實驗動物後肢運動BBB評分。

        2.1.5其他因子

        睫狀神經營養因子(ciliaryneurotrophicfactor，CNTF)為眾多神經營養因子的一種，可以在體外環境中促進少突細胞前體細胞的分化和成熟，還可以促進成熟少突細胞的存活。將移植轉染CNTF的骨髓間充質幹細胞移植到鼠的脊髓損傷模型，實驗動物後肢運動功能的恢複明顯高於單獨治療組[M1。Nishimura等研究顯示，移植轉染表達幹擾素β的神經幹細胞可通過激活TLR4(toll-likereceptor4)信號通路調控活性星形細胞，從而減少膠質瘢痕的形成，並且促進運動功能的恢複。Lin等則發現，MSC移植前轉染表達Ngb基因可較單獨細胞移植更好地提高動物肢體運動BBB評分，且更好地降低受損局部的脂質過氧化物水平。

        2.2細胞移植前預分化

        幹細胞移植到脊髓損傷的動物模型後，難以直接分化為神經細胞和膠質細胞，所以有學者嚐試在移植前先將幹細胞誘導分化為神經係統的細胞，再植入動物模型。有研究使用豬的胚胎幹細胞，在體外向神經細胞係分化，而後移植治療鼠的脊髓損傷，結果顯示移植前預分化有助於提高胚胎幹細胞的治療效果。Alexanian等的研究顯示，骨髓幹細胞在體外預先向神經細胞分化後再移植，可提高移植後細胞的存活率和分化率，更好地改善運動功能、減小空腔大小和白質丟失。將ADSCs在體外預先向神經細胞係分化2周後移植，也可更好地修複受損脊髓，細胞存活更好、與宿主組織相容性更好、包繞宿主軸突和少突細胞。還有研究將多能幹細胞在NBR混合物(包含NGF、BDNF、RA)中培養7d，然後添加細胞外基質蛋白TN-C進行培養，再移植治療鼠脊髓損傷，結果顯示有明顯的脊髓組織再生和幹細胞分布，且運動功能明顯提高。

        2.3其他移植前處理

        使用血小板溶解物可促進神經幹細胞的體外存活率，移植前低氧預處理可提高經幹細胞的存活率，使凋亡基因Bax的表達下降，Bambakidis等發現，用Shh信號通路激動劑Agll.1可促進內源性神經前體細胞和少突前體細胞的增殖，而使用丙戊酸預處理BMSC則可促進趨化因子SDF-1的受體CXCR4表達上調，從而促進移植的骨髓幹細胞遷移到受損區域。骨髓幹細胞和神經細胞團塊共培養，可促進神經團塊分化，且它們的軸突延長並相互連接。另有研究認為，髓幹細胞和神經幹細胞體外共培養時前者可分泌一種未知的因子促進後者向少突細胞分化，而在體內實驗時並未發現此現象。骨髓間充質幹細胞移植聯合電針刺激可較好地促進幹細胞的存活和神經性分化、軸突的再生以及運動功能恢複，重建神經網絡結構和功能。

3細胞移植方法

        3.1局部注射

        局部注射為動物實驗中較為常用的一種方法，許多學者采用注射器將細胞緩慢注射至受損脊髓局部中心。這種方法創傷較大，需要通過手術打開脊椎骨，顯露脊髓，使用針頭直接將細胞注射於損傷部位，可能加重損傷或造成脊髓新的損傷，且難以重複操作。這種方法需要切開脊椎骨顯露脊髓，其實際臨床的可用性較小。

        3.2靜脈注射

        老鼠作為實驗動物時，許多研究采用尾靜脈注射的方法進行移植。該方法如果應用於臨床，細胞數量至少需要1x107~1x108個，且靜脈給藥要求較高，為實際應用帶來困難。

        3.3腦脊液注射

        腦脊液是在蛛網膜下腔中流動的液體，腦室和脊髓內的腦脊液相通，注入腦脊液中的幹細胞可以通過腦脊液流動遷移到損傷部位。動物實驗時可通過腦室內注射幹細胞，在人體試驗時，有研究者使用注射器將細胞在腰椎處注射入蛛網膜下腔進行移植。對於臨床應用而言，這種方法最具有實際操作意義。

        3.4種植於生物材料內

        對於切開脊髓的有缺損的動物模型，有研究者將細胞提前種植於生物材料如明膠海綿、膠原支架、水凝膠支架上，再將生物材料移植於缺損中心，對於完全離斷傷，不失為一種好的方法，移植的生物材料既可為細胞提供一個載體又可為損傷兩端提供橋接作用。脊髓損傷的臨床病例中，罕有需要植人材料的脊髓節段性缺損病例，其實際應用性不大。

4人幹細胞治療人脊髓損傷

        目前世界範圍內幹細胞移植治療脊髓損傷主要在動物模型上進行，而最終目的在於將此項治療手段用於人體。但由於目前細胞治療脊髓損傷還有諸多問題亟待解決，所以世界範圍內此類臨床試驗甚少。有研究利用自體骨髓幹細胞+自體雪旺細胞移植治療脊髓損傷，雖未觀察到患者明顯的功能改善，但在2年的隨訪時間裏未觀察到腫瘤等不良事件發生，作者認為細胞移植是安全的。Karamouzian等研究顯示，通過腰椎穿刺移植骨髓幹細胞雖然並未得到明顯的益處，但並未發生明顯不良後果，作者認為其是安全的。另一項利用自體骨髓幹細胞移植治療脊髓損傷20例的臨床試驗結果顯示，ASIA1級改善1例，2級改善1例，其餘大部分患者的身體異常束帶感和頭痛症狀得到改善。

        脊髓損傷是一種後果嚴重但缺乏有效治療手段的疾病，幹細胞的研究給這一頑症帶來了希望的曙光，仍有大量的工作需要我們去做。