骨髓間充質干細胞移植治療缺血性腦卒中的機制

余 倩綜述，李經倫審校（．瀘州醫學院，四川瀘州 646000；．瀘州醫學院附屬醫院，四川瀘州 646000）

缺血性腦卒中即腦梗死，是神經內科的常見病，具有較高的發病率和致殘率，在嚴重影響患者生活質量的同時，增加了患者家庭及社會的負擔。缺血性腦卒中的主要發病機制是由于局部腦組織血液供應突然減少或中斷后導致腦細胞缺血、缺氧，從而產生相應的神經功能缺損癥狀。目前臨床治療缺血性腦卒中的主要目的在于盡可能挽救缺血半暗帶區細胞，但均不能使缺血性腦卒中后形成的缺血區神經細胞完全存活，而且由于受到時間窗的限制，溶栓治療也不能得以廣泛應用。近年來，對于干細胞移植的研究為缺血性腦卒中的治療開辟了新的途徑。已有大量的動物實驗表明，骨髓間充質干細胞（BMSCs）作為一種多潛能干細胞，能在體內環境中被誘導分化為神經細胞，發揮神經功能修復作用［1－4］。但對于其特殊的作用機制目前還存在著較多的爭議。因此，BMSCs在缺血性腦卒中神經功能修復方面的機制已成為目前關于BMSCs的研究熱點之一。本文現將BMSCs在神經功能修復方面的作用機制相關研究綜述如下。

1 神經細胞替代作用

缺血性腦卒中后神經細胞的壞死是導致神經功能缺損的重要原因。如果能用新的細胞替代已壞死的細胞是治療缺血性腦卒中最理想的狀態。Skvortsova等［5］通過靜脈注射的方式將人BMSCs移植到局灶性腦缺血大鼠模型體內，結果發現所移植的人BMSCs主要集中分布在缺血性腦卒中部位，且部分BMSCs可分化成神經元細胞及神經膠質細胞，使大鼠神經功能缺損癥狀得以改善。Shen等［6］利用雄性大鼠的BMSCs，通過靜脈移植的方式治療腦中動脈阻塞（MCAO）雌性大鼠模型，染色檢查結果顯示，移植的BMSCs主要集中分布于腦缺血區域，并且表達神經元特異性核蛋白（NeuN）、膠質纖維酸性蛋白（GFAP）及微管蛋白2（MAP－2）等神經系統細胞特異性標志物，但表達比例均較低。上述動物模型體內研究證實，移植的BMSCs在腦內可分化為神經細胞，但分化率較低，說明分化細胞的神經功能替代作用可能較為有限。因此，移植的BMSCs所具有的神經功能恢復效應還可能與其他機制有關。

2 促進血管再生及血腦屏障的修復

缺血性腦卒中后缺血區域的血管再生與后期神經功能的恢復有著密切聯系。Ma等［7］發現 MCAO大鼠模型海馬區的α微管蛋白的表達水平顯著降低，而將人BMSCs移植到MCAO大鼠模型體內，可以顯著上調α微管蛋白在海馬區的表達水平，同時也可以上調血管生成素1和2的表達水平，從而促進缺血區域的血管再生。也有研究發現，經靜脈移植的BMSCs主要分布在發生梗死的區域，且發病區域的血管內皮生長因子（VEGF）及其受體2（VEGFR2）的表達水平升高，從而促進缺血半暗帶區域血管的新生［8－9］。由此可見，移植的BMSCs可能通過提高缺血半暗帶區VEGF及VEGFR2的表達，進而促進缺血半暗帶新生血管的形成，改善腦組織的局部血流，為神經功能的內源性修復提供微環境。Borlongan等［10－11］的研究發現，MCAO大鼠模型在BMSCs移植4d后，腦血流量恢復正常，移植5d后血腦屏障的重建基本完成，而且，其研究亦證實腦組織血流量和血腦屏障的修復速度可能與移植細胞的數量存在正相關性。這表明BMSCs可能通過改善腦組織血流及修復血腦屏障發揮神經修復作用。

3 激活內源性的修復途徑

BMCs也可通過激活內源性的修復途徑，即通過促進內源性神經干細胞增生和定向遷移而發揮神經修復作用。在成年哺乳動物的側腦室室下區（SVZ）和海馬齒狀回顆粒下帶（SGZ）均存在神經前體細胞。有研究發現，缺血性腦卒中后梗死區域形成的新的神經元和神經膠質細胞是由神經前體細胞增殖、遷移而來的［12］。Thored等［13］的研究發現，分布于SVZ和SGZ的神經前體細胞增殖并向梗死區域遷移的過程，受到基質細胞衍生因子1（SDF－1）及其受體CXCR4的調控。Zhu等［14］的研究發現，BMSCs定向遷移的過程也與趨化因子fractalkine及其受體CX3CR1有關。Bao等［15］通過靜脈注射BMSCs移植治療MCAO大鼠模型，結果發現移植治療14d后，移植治療組大鼠神經功能明顯恢復，且移植組大鼠SVZ和SGZ的內源性細胞顯著增生。上述研究均表明，腦卒中后內源性的修復途徑可以被激活，內源性的神經前體細胞可有效增殖和遷移，而且BMSCs移植能夠促進和提升這種內源性修復途徑的效能。

4 促進突觸發生和神經連接重塑

細胞之間的信號轉導主要是通過突觸結構而完成。Li等［16］經靜脈注射BMSCs移植治療腦缺血大鼠模型，發現BMSCs移植后，大鼠神經功能得以改善，且移植治療組大鼠腦組織損傷邊界及腦室下區軸突生長相關蛋白43（GAP－43）的表達水平明顯升高，表明移植的BMSCs可以促進腦內突觸的增加，重建神經連接，從而使神經功能得以恢復。Shen等［6，17］通過靜脈移植BMSCs治療MCAO大鼠模型，發現移植治療組大鼠突觸素表達水平升高，移植的BMSCs可促進缺血半暗帶突觸的再生，且證實內源性組織纖維蛋白溶酶原激活劑（t－PA）可能在BMSCs促進突觸發生中起到重要作用。Liu等［18］首先對MCAO小鼠模型行左側半球錐體束切斷術，再進行靜脈移植BMSCs治療，結果發現經BMSCs移植治療后，小鼠運動功能明顯恢復，且小鼠雙側皮質脊髓束的軸突密度均明顯增加，該研究亦證實，移植BMSCs可以誘導突觸的形成，使受損的神經連接得以重塑。由此可見，促進突出發生和神經連接重塑可能也是BMSCs促進神經功能恢復的重要機制。

5 抑制炎性反應及免疫調節作用

腦組織缺血后會誘導各種細胞因子的釋放，引起免疫應答反應，從而加速組織的損傷。包括腫瘤壞死因子－α（TNF－α）在內的炎性細胞因子通過誘導細胞間黏附分子、血管細胞黏附分子及選擇蛋白的產生，進而誘導并促進炎性反應的發展。另一方面，抗炎性細胞因子，如白細胞介素－10（IL－10）等則通過抑制炎性細胞因子的釋放，發揮保護損傷腦組織的作用。Liu等［19］發現移植的BMSCs可在上調抗炎性細胞因子IL－10表達的同時，下調炎性因子TNF－α的表達，從而抑制炎性反應而達到改善腦缺血后神經功能缺損癥狀的目的。Ohtaki等［20］的研究發現，經靜脈注射的BMSCs可以使炎性反應及免疫反應相關基因的表達下調大約10%。因此可以認為，抑制腦缺血誘導的炎性反應和調節免疫平衡是BMSCs移植治療缺血性腦卒中，發揮神經功能修復作用的又一機制。

6 小 結

BMSCs移植治療缺血性腦卒中可能涉及多種機制，缺血性腦卒中的微環境促進BMSCs的分泌作用，BMSCs進入受損腦組織后，可能分泌一系列的細胞因子和營養因子，包括腦源性神經營養因子（BDNF）、神經生長因子（NGF）、血管內皮生長因子（VEGF）、胰島素樣生長因子－1（IGF－1）和基質細胞衍生因子－1（SDF－1）等等。而上述細胞因子和營養因子表達水平升高，有助于激活內源性的修復途徑，促進突觸形成、神經連接重塑及血管新生，減少細胞凋亡，恢復腦組織血流，修復血腦屏障，抑制炎性反應和免疫調節等。各種機制間也存在一定的相互作用，可使缺血性腦卒中神經功能缺損癥狀得以恢復。

近年來，大量動物模型體內研究表明，BMSCs能改善缺血性腦卒中后神經功能缺失癥狀，具有廣闊的應用前景，已成為當今生命科學的研究熱點。目前主要研究焦點在于：（1）尋求誘導BMSCs定向遷移及分化的方法；（2）探索BMSCs的最佳移植途徑、移植細胞數量及移植時間窗；（3）對BMSCs移植治療的療效和安全性的評價。雖然BMSCs移植治療尚未正式應用于臨床，但有理由相信BMSCs的神經修復及重建功能將為缺血性腦卒中的治療帶來新的曙光。

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