雪旺細胞在脊髓損傷中的研究進展

周孝斌，李志忠，孫國棟

(暨南大學附屬第一醫院骨二科，廣東 廣州 510632)

·綜述·

雪旺細胞在脊髓損傷中的研究進展

周孝斌，李志忠，孫國棟

(暨南大學附屬第一醫院骨二科，廣東 廣州 510632)

脊髓損傷(SCI)后的再生和修復仍是目前一大難點，目前研究認為其原因可歸結為：神經元內在的再生能力不足、髓鞘再生困難、缺乏生長促進因子、在損傷區缺乏組織橋等，而雪旺細胞是周圍神經的膠質細胞，包繞周圍神經形成髓鞘，可分泌多種神經營養因子、細胞外基質、細胞粘附分子等，近幾十年來，有關雪旺細胞治療脊髓損傷的研究甚多，本文就此做一綜述。

脊髓損傷；雪旺細胞；進展

雪旺細胞(Schwann cells，SC)是周圍神經的膠質細胞，對脊髓損傷修復有重要意義，是組織工程中重要的種子細胞，其來源主要為動物周圍神經，雖然提取與純化方法多種多樣，但目前仍未有理想的分離方法。研究認為修復脊髓損傷的機制主要是其可分泌多種神經營養因子及產生細胞外基質，能改善損傷部位微環境，促進神經再生，但單一的雪旺細胞修復脊髓損傷作用仍有限，目前的研究熱點是將其與支架或其他種子細胞聯合，以期能取得更好的修復效果。

1 雪旺細胞的來源及培養

1.1 雪旺細胞的來源多數雪旺細胞起源于神經嵴，還有部分細胞起源于其他部位，如脊髓腹側根中的SC可能來源于腹神經管[1]，目前實驗研究的雪旺細胞主要取自動物包括人自身，因動物在胚胎及新生期來源的雪旺細胞其活性和增生能力明顯優于成年期動物，故多選取胚胎或新生期動物[2]。部位多選擇坐骨神經、腋神經、背根神經等。若是選擇成年期動物，則可采取將神經切斷或結扎后1～2周，因神經切斷后發生華勒氏變性，其雪旺氏細胞的含量及釋放的生長因子明顯高于未切斷的神經[3]。

1.2 雪旺細胞的培養方法目前實驗中應用最多的主要有組織塊培養及酶消化法及二者相結合[4]，此外還有雙向差速法、差速分離法、層粘連蛋白吸附法、神經蛋白1純化法、低濃度酶濃液培養法、抗有絲分裂法、免疫磁珠法等[5]，雖然培養方法各異，但其原則仍是盡可能去除神經膜中包含的大量成纖維細胞，以提高雪旺細胞的濃度及活性。雖然隨著培養方法的改進，雪旺細胞的純度及數量較之前方法有了明顯提高，但目前仍沒有一種理想的快速獲得大量細胞的分離方法。

2 雪旺細胞修復脊髓損傷的作用機理

2.1 雪旺細胞分泌多種神經營養因子神經營養因子(NTFs)是一類能促進和維持神經細胞生長和分化的生物活性因子，雪旺細胞能分泌多種神經營養因子，包括神經生長因子(NGF)、腦源性神經營養因子(BDNF)、睫狀神經營養因子(CNTF)、膠質細胞源性神經營養因子(GDNF)、神經營養素-3(NT3)、神經營養素-4/5（NT4/5)及成纖維細胞生長因子(FGF)等[6]，這些神經營養因子在損傷修復過程中起重要作用，如NGF主要作用于感覺和交感神經，促進感覺通路軸突的再生及神經細胞的存活，NT3和BDNF分別作用于皮質脊髓束和紅核及脊髓運動神經元，GDNF是運動神經元的營養因子，具有促進皮質脊髓束運動神經元存活和生長的作用，此外，神經營養因子可增加少突膠質細胞的數量，使新生的軸突更好的髓鞘化。

2.2 雪旺細胞分泌產生細胞外基質及細胞粘附分子脊髓損傷后造成的組織缺損及膠質瘢痕都可以阻礙軸突再生，雪旺細胞可以通過分泌細胞外基質及細胞粘附分子等來改善局部微環境，減少瘢痕形成，促進軸突再生。細胞外基質包括4類：膠原、非膠原性糖蛋白、氨基葡聚糖及蛋白聚糖；非膠原性糖蛋白包括層粘連蛋白、纖粘連蛋白等，由其構成的基底膜是軸突得以生長的支架，在神經再生中起粘連和導向作用，而細胞粘附分子是一種存在于膠質細胞表面的糖蛋白，介導細胞與細胞、細胞與細胞外基質間的粘附作用。有研究[7]認為促進軸突生長的機制在于雪旺細胞分泌的細胞粘附分子與軸突生長錐表面相應分子結合，進而促進雪旺細胞再次分泌層粘連蛋白、纖粘連蛋白等與生長錐表面相應受體結合，從而引起生長錐內結構的改變，致使軸突延長。

3 雪旺細胞在脊髓損傷中的實驗研究

脊髓損傷后神經不可再生的的原因之一在于損傷處形成的膠質瘢痕阻礙了軸突的再生，這種局限性主要是由于CNS的缺乏再生的環境造成，20世紀80年代，Richardson等將周圍神經移植入脊髓中，發現中樞神經軸突可長入周圍神經，經神經示蹤法測定顯示雪旺細胞在其中起關鍵作用[8]。此后，隨著雪旺細胞提取方法的不斷提高，其在脊髓損傷中的研究更加廣泛，90年代Martin等通過不同方式將雪旺細胞移植入大鼠脊髓損傷部位，均能觀察到軸突的再生，但同時也發現雪旺細胞存活時間短，長距離的上行和下行傳導束再生進入SCs不明顯，再生軸突較細，神經功能恢復差等不足，因此僅依靠單純雪旺細胞修復脊髓損傷存在不足[9]。目前的研究主要集中于聯合使用其他細胞及將其組織工程化等來滿足修復脊髓損傷的需要。

3.1 聯合干細胞干細胞是一群具有自我更新、增殖和分化潛能的細胞類型，存在于多種組織中。目前研究中常用的有臍帶間充質干細胞、骨髓間充質干細胞、神經干細胞等。李晉等[10]報道將神經干細胞與雪旺細胞共培養發現，兩種細胞共移植至脊髓損傷部位后雪旺細胞可以促進神經干細胞的分化和成熟及脊髓功能的恢復。智曉東等[11]將雪旺細胞與大鼠骨髓干細胞共培養發現其可以分化MSC為神經元樣細胞；而Ban等[12]、Xu等[13]用雪旺細胞與骨髓間充質干細胞移植修復大鼠脊髓損傷，結果顯示相對于單純移植干細胞或雪旺細胞，聯合移植組能取得更好的后肢運動的恢復，減少膠質瘢痕的產生及軸突的再髓鞘化，顯示出比單純移植雪旺細胞更好的實驗效果。

3.2 聯合嗅鞘細胞嗅鞘細胞起源于胚胎的神經上皮組織，同時具有星形膠質細胞及雪旺細胞的特性，能直接參與神經軸突髓鞘的形成，可分泌促進神經生長的因子及抑制有害因子生成而改善脊髓損傷局部的抑制性內環境，此外還能促進受損神經元軸突的再生、形成髓鞘并穿越膠質瘢痕區[14]。葉超群等[15]利用嗅鞘細胞和雪旺細胞混合移植干預亞急性脊髓損傷大鼠，發現可減少大鼠損傷脊髓瘢痕形成和損傷范圍、促進軸突再生，并使大鼠后肢運動功能在移植后3～6周后出現改善，說明嗅鞘細胞和雪旺細胞移植具有一定程度的促進大鼠脊髓損傷修復作用。

3.3 基因工程技術利用基因工程技術來改造雪旺細胞，增強其活性及分泌能力，Chen等[16]用髓鞘堿性蛋白微基因(pS2VPoMcat)修飾雪旺細胞并移植進脊髓半橫斷模型中，結果顯示基因修飾后的雪旺細胞在促成軸突再生的數目及鞘髓形成的效果上均較單純SC植入強；Girard等[17]將過度表達BDNF或NT23的帶菌體(vector)轉染表達雪旺細胞，發現其分泌生長因子的能力明顯增強，將其移植到裸鼠脊髓脫髓鞘部位，結果顯示轉染的雪旺細胞能有效促進功能的恢復，且NT23轉導的雪旺細胞能夠提供神經保護作用和降低星形膠質細胞的數量。王峰[18]將外源bFGF基因以質粒pcDNA3.1為載體導入大鼠雪旺細胞，用ELISA及RT-PCR方法分別從蛋白質水平及mRNA水平檢測bFGF的表達情況，結果顯示經外源bFGF基因修飾的大鼠雪旺細胞，bFGF的表達水平極大提高，并且相對持續、穩定。Sahenk等[19]用AdNT-3感染損傷部位的SC，發現其能將NT-3對軸突生長刺激作用和SC內在支持再生的特性結合起來，有明顯提高軸突再生的作用，這些都顯示出基因工程修飾雪旺細胞具有良好應用前景，但目前仍處于動物實驗階段，離臨床應用尚遠。

3.4 聯合支架組織工程支架可以模擬細胞外基質的生理狀態，有利于細胞的粘附、遷移、擴增和分化，支架材料有合成材料或改性的天然材料；天然的生物材料有殼聚糖、膠原、海藻酸鈉等，其優點在于生物可降解性、無毒性、多空隙性，性能同替換組織相似；而人工合成的主要為酯的高聚物，如聚乳酸、聚羥基乙酸/聚乳酸及納米等，優點在于材料可以按照要求設計其機械性能和降解速度，有更可靠的原料來源，在體內引起免疫反應的能力，將諸多性能結合于一體[20]。早期Paino等[21]利用膠原設計出膠原和雪旺氏細胞復合物移植治療成年大鼠SCI，結果顯示移植物在大鼠體內相容性良好,雪旺氏細胞能夠促進軸突長入移植物內并重新形成髓鞘，Novikov等[22]采用雪旺細胞與β-多聚羥丁酸纖維(PHB)支架復合物移植治療大鼠SCI，結果顯示再生的軸突進入并完全通過了移植區；王等[23]將雪旺細胞與PLGA體外共同培養后將其共移植于大鼠橫斷性脊髓損傷處，顯示其可促進軸突生長及髓鞘再生；王海寶等[24]將雪旺細胞-海藻酸鈉凝膠移植于大鼠脊髓全橫斷模型，通過動物行為學觀察、Bcl2免疫組化等檢測結果表明采用的雪旺細胞-海藻酸鈉凝膠移植可以起到抗凋亡和神經元保護作用。目前的研究更多是傾向采取多種細胞聯合再與支架結合，這其中以PLGA為研究熱點，如Olson[25]、CHEN等[26]、Xia等[27]將雪旺細胞與神經干細胞復合再與PLGA支架結合應用于大鼠脊髓損傷模型中，通過多種檢測手段，結果均顯示相對于單純細胞及支架移植，復合移植組中雪旺細胞能更好促進神經干細胞的存活及向神經元分化并形成髓鞘，恢復運動功能。其中支架材料能為軸突再生的定量研究提供一個良好的平臺，目前的研究表明細胞與材料結合使用能取得更好的修復效果，將會是未來研究的重點。

4 雪旺細胞在臨床上的應用

Saberi等[28]選取4名22～43歲胸椎中段陳舊性脊髓損傷患者，利用激活的自身腓腸神經來提取純化雪旺細胞，注入損傷節段，采用ASIA標準、括約肌功能、性功能、MRI等來評估療效變化。經過1年的追蹤隨訪后發現，所有的患者都沒有出現注射后的不良反應、神經功能惡化等相關臨床問題。1例不完全性損傷的患者運動及感覺功能表現出持續的改善，所有患者在注射后均有短暫的感覺異常及肌肉痙攣，而MR及病理檢查沒有明顯的變化，顯示出移植自身雪旺細胞對于所選擇的的患者總體上來說是安全的，且對不完全行脊髓損傷顯示出一定的療效，但對完全損傷患者的療效并不佳，顯示出單純的移植雪旺細胞治療脊髓損傷的效果有明顯的局限性，進一步的研究仍需做大樣本的對照研究，且遠期的安全性仍需做進一步的隨訪研究。

因此，雪旺氏細胞在脊髓損傷的修復過程中起著重要作用，但仍存在不足，今后的研究重點應該在于尋找一種快速有效的提取和純化到雪旺細胞的方法，并更深入的研究闡明雪旺細胞修復脊髓損傷及促進神經再生機制，關注其與支架材料、其他種子細胞、基因技術等多種方法的綜合應用，以期能取得修復脊髓損傷的最佳方案及療效。

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Research progress of Schwann cells in spinal cord injury.

ZHOU Xiao-bin,LI Zhi-zhong,SUN Guo-dong.The Second Department of Orthopaedics,the First Affiliated Hospital of Jinan University,Guangzhou 510632,Guangdong, CHINA

The regeneration and repair after spinal cord injury(SCI)remains a difficulty at present.It is believed that the reasons can be attributed to:the shortcomings in the intrinsic regeneration ability of neurons,difficulty in myelin regeneration,lack of growth promoting factors,lack of organization and bridge in the damage zone. Schwann cells are glial cells of peripheral nerve,which wrap peripheral nerve myelination,secrete various neurotrophic factors,extracellular matrix,and cell adhesion molecules.In recent decades,a plethora of studies have focused on Schwann cell therapy for spinal cord injury.This review makes a summary on the research progress of Schwann cells.

Spinal cord injury;Schwann cells;Progress

R681.5+4

A

1003—6350（2014）07—1004—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.07.0388

2013-09-28)

廣州市科技計劃項目(編號：12C32071662)；廣東省中醫藥局項目(編號：2013113)；暨南大學第一臨床醫學院科研培育專項基金(編號：2012103，2013028)

李志忠。E-mail：lizhizhong1@medmail.com.cn