神經(jīng)干細胞與腦梗死康復的研究現狀

　　近年來(lái)的研究證實(shí),成年中樞神經(jīng)系統內廣泛分布著(zhù)神經(jīng)干細胞(NSC)，海馬齒狀回顆粒下層和側腦室下區是成體大腦內源性NSC存在的主要腦區。NSC正常情況下處于靜息狀態(tài)，當大腦受到損傷或出現某些病理性變化時(shí)會(huì )被激活，分化為成熟的神經(jīng)細胞，修復受損的神經(jīng)功能�？梢酝ㄟ^(guò)某些手段(如康復訓練、豐富環(huán)境、局部應用外源性神經(jīng)生長(cháng)因子)激活自身干細胞或移植干細胞(包括NSC移植和非NSC移植)腦梗死。

　　神經(jīng)干細胞;腦梗死;豐富環(huán)境;移植

　　腦梗死是神經(jīng)科最常見(jiàn)的疾患，盡管其診斷及治療技術(shù)在過(guò)去的幾十年中有了很大的提高，但治療效果仍然不盡如人意。以往人們認為神經(jīng)細胞是不可再生的，但多年來(lái)對神經(jīng)營(yíng)養因子( neuro tro phic factor , NTF) 及神經(jīng)干細胞( neural stem cell, NSC) 的研究使人確信：包括人類(lèi)在內的哺乳動(dòng)物，在一定條件下神經(jīng)細胞是可以再生的，新生的神經(jīng)元可以修復中樞神經(jīng)系統損傷。因此，NSC 治療現已成為治療神經(jīng)系統疾病最有價(jià)值的潛在治療手段�，F將利用NSC治療腦缺血的策略介紹如下：

　　NSC治療腦缺血主要有兩個(gè)途徑：一是通過(guò)某些手段激活自身干細胞，放大其治療作用，達到自身修復的目的；另一途徑是移植NSC，這樣可以獲得大量的干細胞，但來(lái)源困難，且存在社會(huì )倫限制和免疫排斥反應。

　　1康復訓練

　　在腦血管病患者發(fā)病早期進(jìn)行及時(shí)、有效的康復訓練是提高患者生活質(zhì)量、減少殘疾、最大限度回歸社會(huì )的一個(gè)重要措施。李玲等的研究結果顯示：大鼠腦梗死24h 后每日給予平衡、旋轉、行走等功能訓練，其神經(jīng)功能的恢復較未進(jìn)行康復訓練的大鼠明顯［1］，表明康復訓練在腦梗死后神經(jīng)功能的恢復中發(fā)揮極其重要的作用。王衛東等的研究顯示：缺血性腦損傷后6至24 d 時(shí)間窗內，海馬齒狀回神經(jīng)前體細胞的增殖水平明顯上調，而腦梗死大鼠經(jīng)康復訓練后，齒狀回神經(jīng)前體細胞的增殖水平則進(jìn)一步升高［2］。由于這些神經(jīng)前體細胞絕大部分最終發(fā)育為成熟的神經(jīng)元, 并移行到顆粒細胞層與周?chē)�的神�?jīng)元進(jìn)行整合，參與缺血性腦損傷后記憶功能的恢復［3］因此，缺血性腦損傷后進(jìn)行康復訓練所顯示的神經(jīng)功能恢復水平的提高，與包括海馬齒狀回在內的大腦多個(gè)部位的神經(jīng)前體細胞增殖水平上調有關(guān)。周曉琳等的研究顯示：局灶性腦缺血損傷后康復訓練組在腦梗死后7 d、1 4 d 和21 d 各時(shí)間點(diǎn)海馬區NSC 數量均高于相同時(shí)間點(diǎn)的未接受康復訓練組，表明局灶性腦缺血損傷后，康復訓練可以提高內源性NSC 的增殖水平［4］。局灶性腦缺血損傷后，康復訓練可以提高內源性NSC 增殖水平，其機制還不清楚，可能通過(guò)以下幾種途徑促進(jìn)缺血性腦損傷后齒狀回神經(jīng)前體細胞增殖：激發(fā)缺血性腦損傷后海馬區神經(jīng)生長(cháng)因子、腦源性神經(jīng)營(yíng)養因子、轉化生長(cháng)因子、堿性成纖維生長(cháng)因子等的釋放；促進(jìn)、誘導腦內DNA 的合成，激發(fā)細胞的有絲分裂；通過(guò)促進(jìn)腦內血液循環(huán)，影響缺血性腦損傷后海馬區興奮性氨基酸受體、5羥色胺作用通路中谷氨酸和5羥色胺的代謝。

　　2 豐富環(huán)境( enriched env ir onment) 1947 年，美國人Hebb

　　提出豐富環(huán)境的概念，這一模式被廣泛用來(lái)研究環(huán)境對腦功能的影響。已有研究證實(shí)，豐富環(huán)境對腦發(fā)育和腦損傷修復具有顯著(zhù)的促進(jìn)作用。1978 年，豐富環(huán)境首次被定義為：復雜的無(wú)生命物與社會(huì )刺激的復合體，即動(dòng)物的飼養環(huán)境空間增大，內置物體豐富而新奇，成員較多，不僅提供了多感官刺激和運動(dòng)的機會(huì )，而且賦予了相互間社交行為的可能。盡管對豐富環(huán)境的具體設置各有差異，但總的原則是要增加自發(fā)的體力活動(dòng)、社會(huì )性刺激及相互交往的機會(huì )［5］。研究表明，飼養于豐富環(huán)境的大鼠大腦皮質(zhì)厚度、質(zhì)量明顯增加，神經(jīng)元胞體和胞核面積增大，樹(shù)突野增大，其側棘增多，突觸連接面變大，神經(jīng)膠質(zhì)細胞( 特別是少突膠質(zhì)細胞) 的數量明顯增多，且生活在豐富環(huán)境中時(shí)間越長(cháng)、環(huán)境越豐富、個(gè)體之間交往越多，上述改變越明顯， 受影響的皮質(zhì)范圍越大。豐富環(huán)境可以改善大腦中動(dòng)脈梗死后成年大鼠的機能。豐富環(huán)境雖然對梗死面積沒(méi)有影響，但可明顯改善運動(dòng)行為和認知能力［6］。Biernaskie 等的研究表明，在卒中后5 d 給予豐富環(huán)境是非常有效的，而且無(wú)論是卒中后14 d，還是卒中后30 d，接觸豐富環(huán)境都能進(jìn)一步促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復［7］。Yasuhiko 等的研究表明，與假手術(shù)組相比，MCAO 誘發(fā)了同側和對側的齒狀回神經(jīng)前體細胞的先是短暫性增加后是持續性降低的增殖，而神經(jīng)母細胞的產(chǎn)生一直處于一個(gè)低于基線(xiàn)的水平［8］。與標準環(huán)境的大鼠相比，處在豐富環(huán)境下8 周的MCAO 大鼠和假手術(shù)大鼠齒狀回的神經(jīng)元分化和神經(jīng)發(fā)生出現了增加的現象。與假手術(shù)組大鼠相比，豐富環(huán)境組大鼠MCAO 后也在齒狀回恢復了一定數量的神經(jīng)母細胞。此外，豐富環(huán)境組大鼠缺血半暗帶的神經(jīng)蛋白( NeuN) 陽(yáng)性細胞密度增加，而在這個(gè)區域沒(méi)有發(fā)現新神經(jīng)元。對于豐富環(huán)境的研究已經(jīng)長(cháng)達50 余年，豐富環(huán)境干預已經(jīng)被證實(shí)是一種簡(jiǎn)便有效的治療手段，對于延緩衰老、增進(jìn)智力也有一定作用。不過(guò)仍然有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，比如干預應該從什么時(shí)候開(kāi)始，持續多久，何種干預最為安全有效，對于不同人群干預方式強度應該如何調整，過(guò)強的豐富環(huán)境刺激對機體有什么不利影響，如何避免這種不利影響。相信隨著(zhù)這些問(wèn)題的解決，豐富環(huán)境干預將會(huì )成為被廣泛接受的治療手段。

　　3NGF

　　近年來(lái)，人們嘗試在神經(jīng)系統損傷局部應用某些激活因子, 以激活存在于損傷局部的NSC，誘導其分裂、增殖、分化為相應神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細胞，重建、修復損傷的腦組織，擴充在卒中或其他神經(jīng)疾病發(fā)病后用內源性NSC 治療的可能性。腦室內注射BDNF［9］或腦室區BDNF 基因的過(guò)度表達可以使成年大鼠嗅球、紋狀體、隔區、丘腦、下丘腦中的新生細胞數目增加。體外培養顯示，骨髓間充質(zhì)干細胞可表達BDNF和NGF，對NSC 凋亡有飽和作用。這些發(fā)現使BDNF在腦缺血后促進(jìn)神經(jīng)再生的可能性大大增加。但最近有相反的觀(guān)點(diǎn)，Larsson 等發(fā)現，給全腦缺血大鼠的海馬內轉導攜帶BDNF基因的重組腺病毒，可促進(jìn)神經(jīng)細胞的分化，但未增加新生細胞的數目和延長(cháng)新生細胞的生存時(shí)間。與SVZ 相比，成年的海馬齒狀回沒(méi)有固有的NSC，卻能使神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的前體細胞進(jìn)行有限的自我更新，這與以上試驗結果不完全一致。促紅素( erythro poietin, EPO) 可能是調節缺血后神經(jīng)細胞再生的另一個(gè)重要因子。EPO 產(chǎn)生是缺血 缺氧反應的一部分，同時(shí)， SVZ 可表達EPO 受體。腦室內注射EPO 可降低SVZ 中NSC 的數目，增加從SVZ 向嗅球遷移的新生神經(jīng)元，增加嗅球的中間神經(jīng)元；而腦室內注射EPO 抗體可增加SVZ 中NSC 的數目， 減少從SVZ向嗅球遷移的新生神經(jīng)元。

　　這項研究結果表明，EPO 是自分泌旁分泌因子，能調節大腦NSC的產(chǎn)生。給梗死后2 d 或幾周的成年小鼠腦室內注入EGF, 引起梗死側紋狀體新生細胞數目非常顯著(zhù)的增長(cháng), 梗死后13 周，65%的新生細胞表達細小白蛋白，表明EGF促進(jìn)梗死側紋狀體內中間神經(jīng)元的轉換。Nakatomi 等的研究發(fā)現，在缺血性腦損傷后，向腦室內注入生長(cháng)因子可促進(jìn)內源性祖細胞的激活， 并觀(guān)察到其增殖，隨后遷移入海馬重塑神經(jīng)元，海馬區錐體神經(jīng)元顯著(zhù)增殖。進(jìn)一步的研究顯示，新生的神經(jīng)元整合入腦的環(huán)路，改善了神經(jīng)功能缺損的癥狀。

　　4干細胞移植

　　從胚胎和成年腦內分離出NSC，在體外培養擴增后移植入缺血周?chē)鷧^( 在體外采用血清預培養可使NSC聚球速度加快，促進(jìn)NSC 增殖［10］)，利用其分化和遷徙特性，代替腦缺血后壞死的神經(jīng)細胞，以恢復宿主中樞神經(jīng)系統的正常結構和功能。1998 年，Brust le 將人胚NSC 移植入大鼠側腦室，觀(guān)察到移植細胞在軸突、神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞等各個(gè)水平與宿主細胞廣泛整合。王力平等的實(shí)驗顯示，移植的NSC 在小鼠腦脊液中存活良好，并具有向局部腦實(shí)質(zhì)內遷移的能力。因此，可利用NSC 的生物學(xué)特性進(jìn)行細胞替代和修復缺血所致細胞死亡引起的功能缺損�？赡艿母杉毎�移植手段包括NSC 移植和非NSC 移植，非NSC 移植主要指骨髓基質(zhì)細胞( mar row stromal cell, M SC) 移植。Toda 等將NSC 移植入短暫性全腦缺血模型大鼠海馬，發(fā)現有1% 3%的移植細胞存活，其中3% 9%的存活細胞表達神經(jīng)元細胞核特異性抗原，即分化為神經(jīng)元，改善了受損的空間認知能力( 通過(guò)水迷宮測試)。這表明NSC 移植入缺血大腦后能分化為神經(jīng)元，并能改善空間認知能力。Kon 等將人類(lèi)NSC 于大腦梗死后24 h 由靜脈移植入大鼠體內，這些細胞結合到梗死灶周?chē)�，分化成神�?jīng)元和星形膠質(zhì)細胞，并存活到移植后56 d。這表明靜脈注入人類(lèi)NSC 可以結合到梗死灶，并且能在腦梗死急性期內對內源性有絲分裂信號產(chǎn)生應答，分化為成熟神經(jīng)細胞，代替死亡細胞。因為獲取大量的胚胎干細胞相對困難，研究人員開(kāi)始將注意力轉向異種胚胎干細胞移植，如豬胚胎干細胞。Dinsmor e 等發(fā)現，在鼠M CAO 后的第3、7、14、2 8 天，將105 個(gè)豬胚胎干細胞注入鼠的紋狀體和頂葉皮質(zhì), 在移植后12 周，豬胚胎干細胞存活率超過(guò)80%，移植細胞轉化為神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細胞，MCAO 后第14 天，移植動(dòng)物神經(jīng)功能獲得顯著(zhù)改善。MSC 是存在于骨髓中的非造血干細胞，又稱(chēng)間充質(zhì)細胞，在適宜的條件下可以分化為神經(jīng)細胞。Li 等將MSC 直接注入MCAO 大鼠紋狀體內，28 d 后觀(guān)察到MSC 成活并向缺血區遷移了2. 2 mm，與MCAO 而沒(méi)有移植MSC 大鼠相比神經(jīng)功能顯著(zhù)改善, 表明M SC 能在受體腦內成活并遷移，能參與MCAO 后神經(jīng)功能的重建，表明MSC 移植可能是自體移植許多種神經(jīng)系統疾病的一個(gè)非常有用的手段。另外，Shen 等在成年雄性大鼠腦梗死24 h 后，經(jīng)頸內動(dòng)脈注入2ml 106 個(gè)大鼠骨髓間質(zhì)細胞或磷酸鹽緩沖液, 28 d 后處死,發(fā)現骨髓間質(zhì)細胞治療組神經(jīng)功能明顯恢復。骨髓間質(zhì)細胞治療明顯增強缺血半暗帶皮質(zhì)的血管發(fā)生,提高突觸素表達和NG2 陽(yáng)性細胞數目和密度,胼胝體的Ki67( 是反應腫瘤增殖的標記物,在許多腫瘤的研究中顯示與預后有關(guān)) 陽(yáng)性增殖細胞與少突膠質(zhì)細胞的前體細胞也明顯增加,并且增強胼胝體在兩側大腦半球的聯(lián)系范圍,這表明骨髓間質(zhì)細胞能促進(jìn)梗死大腦皮質(zhì)邊緣帶與胼胝體的軸突芽殖和髓鞘再生,這可能是骨髓間質(zhì)細胞治療促進(jìn)神經(jīng)功能恢復的基礎。但利用NCS 移植治療腦梗死面臨諸多問(wèn)題,如目前建立的NSC 系絕大多數來(lái)源于鼠,而鼠與人之間存在著(zhù)明顯的種屬差異;NSC 的來(lái)源不足; 移植后的NSC 存活比例及遷移能力都很低; 分化成神經(jīng)元的比例也很低,功能神經(jīng)不能形成; 不能精確控制移植細胞的遷徙和分化; 取材不易,靶點(diǎn)注射困難; 部分移植的NSC 成腦瘤; 利用胚胎干細胞代替NSC 存在著(zhù)社會(huì )學(xué)及倫方面的問(wèn)題等。

　　5問(wèn)題與前景展望

　　腦梗死后,單純外源性干細胞移植目的在于取代受損的神經(jīng)組織,但利用NSC 移植治療腦梗死面臨諸多問(wèn)題,因此其移植還不能普遍應用。而激活內源性NSC,在體內誘導內源性NSC 向神經(jīng)元分化修補缺損的病灶,向少突膠質(zhì)細胞分化重建髓鞘及其功能,這是目前較NSC 移植更具有臨床意義的策略。因此,進(jìn)一步闡明誘導內源性NSC 的分化機制,誘導內源性NSC 大量分化,增加其向病灶處遷移能力,調控它們向神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞方向分化,并支持和引導軸突生長(cháng),在未來(lái)可能是治療神經(jīng)系統疾病的最有價(jià)值、簡(jiǎn)單易行的治療方法。

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