腦脊液對脊髓損傷后內源性神經干細胞增殖分化影響的研究進展

趙文波 李 青

【摘 要】神經干細胞在神經再生中的巨大潛力，使其成為神經再生領域當前的研究熱點。當脊髓損傷后，改變腦脊液的成分，可以改變損傷部位的微環境，從而為損傷部位反應性增生的內源性神經干細胞提供一個適合的增殖分化環境，通過尋找此過程的關鍵媒介及其調控的靶點，以此為切入點，也許將為內源性神經干細胞修復脊髓損傷提供一個新思路。

【關鍵詞】脊髓損傷；內源性神經干細胞；腦脊液

近年來隨著神經再生研究的發展，神經干細胞（Neural Stem Cells，NSCs）治療脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）成為研究領域內的熱點，給SCI的神經修復重建燃起了希望。目前，脊髓損傷神經干細胞治療研究主要分兩大類：外源性神經干細胞移植和內源性神經干細胞（Endogenous Neural Stem Cells，ENSCs）激活。

與外源性 NSCs 相比，ENSCs具有諸多優勢。ENSCs 沒有外源性帶來的免疫排斥、成瘤風險、倫理學道德等問題，更適合于臨床運用。

一、腦脊液特性及其生理作用

腦脊液（Cerebro-Spinal Fluid，CSF）主要由腦室脈絡叢（choroid plexus，CP）分泌[1]，充滿腦室、脊髓中央管、蛛網膜下隙，最后主要由室管膜和靜脈系統重吸收。CSF的化學成分與腦/脊髓組織細胞外液的成分大致相同，兩者間可以進行物質交換。CSF又被稱為是除血液和淋巴以外的第三循環，某些離子和多肽等物質進入CSF后可以慢慢地擴散到腦細胞外液再遞送到腦細胞[2]，目前這個CP-CSF-腦細胞外液分配關系被視為是對大腦供應的主要渠道之一[1]。最近，Baruch等[3]對大鼠的研究表明，大腦通過CSF向下傳輸信號，CSF的信號亦可負反饋調節大腦信號分子的分泌，在CP-CSF和大腦之間通常有持續的雙向流動的信息分子。因此，CSF既有營養和保護腦與脊髓的作用，也有信息傳遞中介作用，并且在大腦與脊髓健康發育中起關鍵作用。

二、SCI病理改變及ENSCs對SCI修復的作用

SCI導致局部出血、水腫、大量神經細胞死亡和血液-脊髓屏障破壞，接著是免疫細胞的滲透。炎癥、自由基形成、以及其他細胞性活動在病變部位造成繼發性損傷級聯反應，進一步殺死更多的細胞，包括少突膠質細胞和幸存神經元軸突[4]。脫髓鞘軸突很容易變性，沒有快速的髓鞘再生，神經元可能死亡，導致損傷和功能障礙加重[5]。

目前，研究已經證實在成年哺乳動物脊髓的室管膜、膜下區及實質中存在ENSCs，并且在SCI后出現大量反應性增生[6-8]。在未損傷的脊髓，室管膜細胞很少分裂，但在細胞培養中他們開始積極活躍并展示了多潛能性引起星形膠質細胞、少突膠質細胞和神經元的增多[8]。在體內，SCI后室管膜細胞開始迅速分裂，生成大量的星形膠質細胞和少量少突細胞以及少量有髓鞘的軸突[8]，生成神經元的比例極少。星形膠質細胞形成膠質疤痕可產生抑制性因子，如硫酸軟骨素蛋白多糖等[9]，并可形成天然的物理屏障，阻礙軸突再生穿過瘢痕區。但另有研究發現膠質疤痕可限制繼發性損傷的擴大，從而減少神經元死亡和功能進一步惡化，表明SCI后膠質疤痕對的SCI亦有有利影響[9-10]。少突膠質細胞可參與髓鞘修復和重建，但SCI可波及大范圍內的髓鞘脫失，且室管膜細胞分化形成的星形膠質細胞比例較大，膠質瘢痕范圍也廣，這些都阻礙了少突膠質細胞的神經再生作用。ENSCs通過分化出神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞，填充因損傷造成的空洞，并且在神經細胞之間可以形成突觸樣的結構，使神經組織損傷區域的組織結構得以修復，使中樞神經系統的功能得到一些恢復。但其持續增殖能力有限及大部分向膠質細胞分化而治療效果欠佳，對SCI的修復作用有限。所以，如何激活并調控ENSCs的增殖、分化是取得突破的關鍵。

三、CSF對ENSCs增殖、分化影響的實驗研究

大量研究已經證實，SCI后局部微環境會發生改變，微環境的改變又可影響ENSCs的增殖、分化。而SCI后通過改變CSF的成分，可以為損傷部位反應性增生的ENSCs提供一個適合的增殖分化環境。呂志剛等[11]研究顯示炎癥因子TNF-A、IL-6和IL-10在SCI大鼠CSF內有較強表達，而在血液中表達很低。Craig等[12]研究發現，連續將表皮生長因子注入成年小鼠前腦6天，可引起室管膜下細胞增殖。而Bambakidis等[13]發現SCI后直接鞘內注射Shh蛋白可促進ENSCs的增殖和存活。Buddensiek等[14]研究發現，胎鼠NSCs在成人CSF中比在標準培養基中能更好地存活，更好地增殖和分化。另有部分學者將NSCs分別在血性CSF和正常CSF中培養，證實NSCs能在兩種CSF中存活、增殖和分化，并且分化方向不同，故CSF對神經元的形成及NSCs增殖分化起重要作用[15]。

上述實驗均采用CSF途徑給藥方式，隨著CSF的流動，藥物會廣泛分布于大腦組織和脊髓組織，而實驗觀察到的神經修復作用是否都是這些生長/營養因子直接作用于NSCs 產生，其中是否伴有腦組織的連鎖反應值得思考。

四、問題與展望

腦/脊髓與腦脊液之間不但存在著物質交換，而且本身就是一個神經體液調節的回路，是免疫—神經—內分泌網絡系統的重要組成部分。我們如何通過調控腦脊液成分改變來調控ENSCs微環境，進而調控ENSCs的增殖、分化有待進一步研究。

ENSCs增殖、分化是個非常復雜的過程，有眾多調節因子及信號通路參與其中，組成復雜的調控網絡。單一靶向治療效果并不顯著，多靶向聯合才是今后進一步研究的重點。目前，國內外對脊髓損傷后影響NSCs增殖、分化的微環境的內在特性及調控機制所知甚少。因此，對SCI后ENSCs所處的微環境的研究，將更有助于尋找促進神經再生的分子信號和關鍵靶點。通過尋找SCI后CSF成分改變影響脊髓組織中ENSCs增殖、分化的關鍵媒介及其調控的靶點，以此為切入點，也許將為ENSCs修復SCI提供一個新思路。

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