牙髓干細胞修復神經組織的實驗研究進展

繆喆 綜 述 房 兵 審 校

牙髓干細胞修復神經組織的實驗研究進展

繆喆 綜 述 房 兵 審 校

牙髓干細胞屬成體干細胞，應用牙髓干細胞修復神經組織的實驗研究已有報道。我們以牙髓干細胞屬性和神經細胞方向誘導分化，神經修復的支架材料研究，牙髓干細胞修復神經組織的實驗應用，以及其相關生物機制等4個方面，對該方向的研究進展進行綜述。

牙髓干細胞神經組織再生修復組織工程生物機制

MIAO Zhe,FANG Bing.

Department of Craniofacial Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine;Shanghai Key Laboratory of Stomatology,Shanghai 200011,China.Corresponding author:FANG Bing(E-mail:Fangbing@sjtu.edu.cn).

【Summary】Dental pulp stem cells(DPSCs),as adult stem cells,have been reported for laboratory application on nervous tissue reconstruction.Hereby,in this article,characteristics of DPSCs and neural differentiation,scaffolds research for nervous tissue repair,experimental application of DPSCs on nervous tissue reconstruction and relevant bio-mechanisms were reviewed.

2000年，Gronthos等[1]發現，牙髓組織中存在一類可迅速克隆增殖的細胞亞群，表達中胚層標記物Stro-1、CD146（MUC18）；應用HA/TCP支架，將該細胞亞群植入小鼠皮下黏膜后，可形成異位牙本質。這類細胞被命名為牙髓干細胞（Dental Pulp Stem Cells，DPSCs），屬成體干細胞。后續研究證明，DPSCs具有多向分化潛能，向外胚層細胞分化（可誘導分化為神經細胞、角膜上皮細胞），向中胚層細胞分化（可誘導分化為成牙本質細胞、成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞和肌細胞等），并在適當條件下具有向內胚層細胞分化的潛力[2-8]。

眾所周知，神經損傷后神經組織再生困難，因為①神經元細胞本身缺乏再生能力；②神經營養因子生成不足；③細胞處于神經生長抑制因子分泌的環境；④膠質細胞形成瘢痕樣組織，阻礙了神經組織的自身修復過程。而將DPSCs作為種子細胞，進行向神經組織誘導分化的組織工程研究，為神經損傷后的修復治療提供了啟發和思考。我們將近年來應用DPSCs修復神經組織的實驗研究進展進行綜述。

1 DPSCs的細胞屬性及神經細胞方向誘導分化

DPSCs來自顱神經嵴，根據Kiyoshi等[9]的研究，DPSCs細胞高表達CD73、CD90、CD105、Stro-1，不表達上皮細胞及造血細胞標志物CD34、CD45、CD11b/c、HLA-DR，符合間充質干細胞的特性。

Gronthos等[7]最早對DPSCs進行了神經標志物檢測，發現Nestin、GFAP等神經細胞標志物在DPSCs中呈現陽性表達。Kiyoshi等[9]發現，DPSCs共表達多種早期神經細胞標志物Nestin、DCX、β-III-tublin、NeuN、GFAP、S100、A2B5及CNP酶，但不表達成熟神經細胞標志物，如少突膠質細胞表面標志物APC及MBP。

Liu等[10]報道，DPSCs向神經細胞誘導分化后，圓形細胞形成長細胞突，Nestin、GFAP、NeuN等神經細胞特異性標志物表達明顯增高，提示DPSCs具有分化為神經細胞的潛能。

雪旺細胞在維持外周神經功能、損傷后神經再生修復過程中發揮重要作用。Martens等[11]發現，人DPSCs經誘導分化，可以分化為雪旺細胞，具有髓鞘形成能力。

2 DPSCs修復神經組織的支架材料研究

應用合適的生物材料，可以為組織再生修復提供有利的“微環境”——黏附支持細胞、富集營養因子和生長因子。在目前進行的DPSCs修復神經組織的實驗研究中，所使用的支架材料主要有膠原、纖維蛋白及透明質酸、自組裝多肽水凝膠和多聚物支架等幾大類。

膠原支架屬于天然可降解高分子材料，有較好的生物相容性。因其可從自體組織中分離，可有效降低支架移植后的免疫反應[12-13]。在應用DPSCs進行中樞神經組織[9]和外周神經組織再生的實驗研究中，膠原支架的應用均有報道[14-18]。膠原支架的主要缺點是應用后可能造成細胞胞外基質的收縮，限制細胞增殖，阻礙組織的再生修復[19-20]。

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纖維蛋白及透明質酸也屬于天然高分子，但其機械強度低、使用后快速收縮。目前報道的研究中，這類材料常作為復合支架的組成部分，改進支架的機械性能[21-24]。

自組裝多肽水凝膠支架主要成分是天然多肽，由氨基酸組成，易于成形，可降解性能好[12]。應用這類材料進行DPSCs修復外周神經組織的研究已有報道[25]。

在牙髓再生領域，也常應用PLLA、PGA等多聚物作為支架材料，進行應用DPSCs再生修復牙髓的研究[26-28]。

3 DPSCs修復神經組織的實驗應用

Almeida等[29]用血管夾夾持大鼠T9節段脊髓，制備脊髓損傷動物模型，應用人DPSCs進行脊髓損傷后修復的實驗研究。結果顯示，注射人DPSCs于損傷區的實驗組大鼠保存有更多的白質脊髓，神經營養因子BDNF、NGF-β、NT-3、NT-4等表達更高，且運動功能得到了一定的恢復。

Kiyoshi等[9]對大鼠T9～T11節段脊髓進行節段性切除，制備脊髓損傷動物模型，然后將人DPSCs細胞及纖維蛋白膠植入節段脊髓切除區。在移植人DPSCs的大鼠脊髓切除區，神經元細胞、星形膠質細胞、少突膠質細胞凋亡得到抑制；神經纖維、髓磷脂保有量提高；并通過旁分泌機制，損傷區軸突生長抑制分子，硫酸軟骨素糖蛋白、髓磷脂關聯糖蛋白等的含量明顯減少。

Sasaki等[18]將大鼠DPSCs種于含Ⅰ型膠原凝膠的硅膠管，用于修復大鼠面神經缺損。研究顯示，材料復合物移植至缺損神經處，2周后形成軸突、髓鞘等神經細胞標志性結構，并可形成血管組織。

Dissanayaka等[26]將含有人DPSCs與人臍靜脈內皮細胞的Puramatrix水凝膠支架，注入根管處理后的人離體牙根尖段，并植入免疫缺陷鼠皮下黏膜。4周后，證實形成血管化牙髓組織，且Nestin等神經細胞標記物呈陽性表達。

4 應用DPSCs修復神經可能的生物學機制

4.1 細胞內環境機制

在細胞內環境機制方面，細胞內環磷酸腺苷（C yclic adenosine monophosphate，CAMP）對神經細胞的再生修復發揮著重要作用。Király等[30]報道，CAMP信號轉導通路的激活促進人DPSCs誘導分化為成熟的神經元細胞。Chen等[31]認為，細胞內升高的CAMP可以激活PKA，發揮生物學作用。首先，PKA通過CREB誘導基因表達，引起包括ArginaseⅠ等再生相關基因的表達上調，促進多胺類合成；其次，PKA抑制MAG或myelin引起的Rho活化，促進神經再生；CAMP含量升高，還會上調IL-6，通過STAT3，誘導gap-43等再生相關基因的表達。

4.2 細胞外環境機制

細胞外環境機制方面，細胞外基質、神經營養因子對神經細胞再生修復產生作用。

神經細胞胞外基質中含有層黏連蛋白，作為配體可以與跨膜糖蛋白整合素相結合。Martens等[11]的研究中，人DPSCs經誘導可分化形成雪旺細胞；同時，層黏連蛋白及整合素的含量均明顯提高。層黏連蛋白與整合素結合后，引起PI3K的磷酸化，繼而激活AKT，抑制GSK-3β的活性，使細胞骨架得以延伸。

神經營養因子包括神經生長因子（N erve growth factor，NGF）、神經營養因子（N eurotrophin，NT）和腦源性神經營養因子（B rain-derived neurotrophic factor，BDNF）。de Almeida等[29]應用人DPSCs進行脊髓損傷后修復的實驗研究，結果顯示，注射人DPSCs的實驗大鼠脊髓損傷區BDNF、NGF-β、NT-3、NT-4含量明顯升高。這些營養因子使PI3K磷酸化后得到激活，抑制GSK-3β活性，通過對骨架結合蛋白的調節來促進神經損傷區神經細胞軸突的生長。

5 總結

應用DPSCs修復神經組織，是通過組織工程方法進行組織再生修復的探索。研究證明，牙髓干細胞具有形成神經細胞的潛力。

細胞定植材料方面，可降解材料是目前神經修復材料的應用趨勢，但這類材料在“生物相容性良好、材料結構穩定、可應用修復長段神經缺損”等方面尚未達到理想要求，神經修復材料仍有待于進一步的深入研究。

目前，應用DPSCs進行神經組織的實驗研究，主要為體外研究和一些初步的體內研究，而神經再生修復的確切分子生物學機制仍然不明確。此外，神經細胞結構的再生也并不意味著神經功能的再生——新生神經細胞還需要與原有宿主神經細胞建立突觸鏈接，進而恢復較為完整的生理功能。因此，神經修復的生物學機制和生理功能研究或將是未來該方面研究的重要方向。

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Research Progress of Dental Pulp Stem Cells for Nervous Tissue Reconstruction

Dental pulp stem cell;Nervous tissue;Regeneration and reconstruction;Tissue engineering; Bio-mechanism

Q813.1+2

B

1673－0364（2015）03－0213－03

10.3969/j.issn.1673-0364.2015.03.027

200011上海市上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院口腔顱頜面科；上海市口腔醫學重點實驗室。

房兵（E-mail：fangbing@sjtu.edu.cn）。