李思伟，王素彬，张志华

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)一直是医学界的一项难题，严重危害人类健康，目前尚无确切有效的治疗方法。骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)是存在于骨髓中的间充质干细胞，具有定向或多分化的潜能。目前研究证明，BMSCs具有治疗SCI的潜能，其可向损伤部位自主迁移并增殖，转化为神经干细胞，并分泌神经营养物质和细胞因子，以减轻炎症反应，促进损伤脊髓修复和神经功能恢复，显著改善SCI患者的神经功能缺失[1]。因而了解BMSCs的获取和生物学特性，将有助于更好地提出治疗SCI的新策略，本文将就此作一综述。

1 SCI的病理机制

SCI通常包括原发性损害和继发性损害。原发性损害一般发生在急性脊髓损伤当时，是作用于脊髓的机械暴力，如剪切、撕裂、压迫以及挫裂等，直接造成神经细胞死亡、轴突断裂和血管破裂等即刻产生，不能预计、不可控制的损伤。在原发性损伤之后数分钟，引起一系列生物化学反应，进一步演化为继发性损伤，其可持续数周或数月乃至数年[2]。继发性损伤包括坏死、梗死、兴奋性毒害作用、再灌注损伤、凋亡、轴突瓦解、胶质瘢痕形成、轴突生长抑制分子产生等[3]。目前的研究表明造成脊髓损伤修复困难的原因主要有以下几点[4-6]： (1) 缺乏支持轴突延长的基质——脊髓空洞的形成会扩大到相邻的脊髓节段，形成一个影响修复的物理屏障。(2) 缺乏必要的神经营养支持——神经细胞的存活及分化需要神经营养因子的支持，而脊髓损伤后自身神经营养因子(如脑源性神经营养因子和神经生长因子等)的上调水平远低于外周神经系统。(3) 损伤区域髓鞘和细胞抑制因子的存在——损伤部位的少突胶质细胞崩解后会产生多种髓鞘相关抑制分子，如Nogo跨膜蛋白，髓鞘相关蛋白和少突胶质细胞髓磷脂糖蛋白等，这些抑制因子能与残余轴突细胞膜上的受体结合，通过信号转导抑制轴突再生。(4) 成熟神经元再生能力有限。(5) 免疫炎症反应是脊髓继发损伤的重要因素。SCI后中性粒细胞可通过血脑屏障进入损伤部位，产生氧化酶和蛋白水解酶，这些物质对组织修复有利但同时也对周围组织造成损伤。小胶质细胞在SCI后也会很快被激活，进入受损部位，释放白介素1、一氧化氮、活性氧和肿瘤坏死因子等，从而导致少突胶质细胞凋亡，加速髓鞘的脱落。(6) 损伤区域周围胶质瘢痕的形成。脊髓损伤部位周围的星形胶质细胞活化及大量增殖，会形成胶质瘢痕。胶质瘢痕一方面对中枢神经受损轴突的再生产生直接的物理隔离； 另一方面，它也释放多种蛋白聚糖，这些蛋白聚糖通过和蛋白酪氨酸磷酸酶受体及LAR相互作用，可抑制轴突再生。

2 BMSCs的获取及其生物学特性

Friendenstein等[7]在1987年发现塑料培养皿中贴壁的骨髓单个核细胞可在一定条件下分化为软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞和成肌细胞，而且这些细胞经过20～30个培养周期后，仍能保持多向分化特性。1999年Pittenger等[8]从骨髓中分离出成纤维样贴壁细胞，发现这些细胞在体外不同分化诱导条件下，可以分化为中胚层的多种细胞，如成骨细胞、脂肪细胞、肌腱细胞、肌肉细胞和骨髓基质细胞，并且克隆化得到的细胞具有类似的分化特性。鉴于这些细胞最终都可分化为多种中胚层来源的间质细胞，因此将其称为间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)。而BMSCs则是来源于骨髓的间充质干细胞，因其在骨髓组织中含量丰富，取材方便，分离培养较为容易，可进行自身移植，无需担心免疫排斥，BMSCs被认为是目前最具有应用前景的一类MSCs。研究发现，BMSCs在培养分化过程中呈现出贴壁性、可塑性、异质性、自我更新、快速形成克隆、可移植性等生物学特征[9]。BMSCs是来源于中胚层的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的一种干细胞，它除了具有较强的自我更新和增殖、分化潜能外，还具有较大的可塑性。在适宜的体内或体外环境下，BMSCs不仅可以分化为中胚层的间质组织，并且具有向内、外胚层组织的分化潜能，可分化为神经细胞，肝脏、肺脏、上皮细胞和血管等，这些研究结果提示BMSCs在中枢神经系统损伤修复中具有一定的治疗前景。

BMSCs对免疫具有调节作用，可抑制多种免疫细胞的活性，如抗原呈递细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞等[10-11]。研究表明，BMSCs可通过上调T细胞数量发挥其免疫调节移植作用[12]，还可抑制自然杀伤细胞诱导分化的T淋巴细胞增殖分化，降低Th1细胞和NK细胞干扰素的分泌水平，提高Th2细胞分泌白介素4的能力[13]。同时，BMSCs也可抑制树突状细胞诱导的淋巴细胞增殖，该抑制作用与BMSCs的细胞数量呈正相关性[14]。

BMSCs能够分泌多种神经营养因子、细胞因子和趋化因子，从而调节损伤局部的微环境，刺激内源性干细胞的增殖和分化，减低炎症反应，促进受损组织的修复。在BMSCs与成神经瘤细胞共培养的体系中，脑源性神经营养因子(BDNF)和神经生长因子(NGF)的表达水平被上调。静脉移植BMSCs可增加BDNF、NGF和成纤维细胞生长因子2的水平，减低局部缺氧脑区凋亡细胞的数量，而增加同侧室下区有丝分裂细胞的数量。BMSCs可通过分泌脑钠肽减轻神经组织水肿，以改善局部循环而促进组织修复[15]，还可通过分泌肝细胞生长因子促进少突胶质细胞的增殖分化以及髓鞘的形成[16]。以上研究表明，BMSCs通过旁分泌途径对损伤区域微环境的调节作用较其自身分化能力更具有临床意义，BMSCs所产生的适宜轴突生长的环境可促进受损组织的修复。

3 BMSCs在SCI修复中的应用

脊髓损伤后神经传导通路受损，损伤平面以下的肢体缺乏脑等上级神经元的支配，导致运动感觉功能受损甚至完全丧失。Ohta等[17]研究发现，将BMSCs移植到大鼠SCI动物模型的脑脊液中后，大部分移植的细胞都黏附于脊髓表明，仅少部分位于损伤部位，但移植细胞组的大鼠脊髓运动功能评分高于未移植组，究其原因可能跟其上调BDNF，NGF和血管内皮生长因子的表达有关。Ankeny等[18]在T8节段损伤脊髓移植骨髓间充质干细胞(BMSCs)后，发现BMSCs可引导再生的轴突通过损伤病灶重建神经通路，促进神经功能修复。Cantinieaux等[19]发现，使用BMSCs的条件性培养基(BMSC-CM)也可以促进SCI后的神经修复，改善动物的运动功能； 而Ritfeld等[20]发现，BMSCs移植后可以通过促进血管新生、保护神经轴突和促进轴突生长来改善大鼠的运动和感觉功能。这些研究发现为BMSCs进入临床治疗打下了理论基础和依据。

4 展望

BMSCs已经在许多疾病(如中风、帕金森病和肝移植等)的治疗中显现巨大的潜力，其强大的分化增殖能力及自身的特殊免疫特性，使得BMSCs能够安全有效地修复损伤的组织。理想的修复SCI的方法必须具备抗炎、抗细胞凋亡，减少损伤部位瘢痕形成及促进神经再生等多种功效。虽然BMSCs的临床应用目前还尚处于起步阶段，还有许多问题有待解决(如BMSCs的分离、筛选、体外扩增及获得效率； BMSCs移植数量及时间窗； BMSCs移植的远期疗效及并发症等)。但是，BMSCs具有的向神经细胞分化的能力、抗炎症作用和促存活能力，为其用于SCI的治疗提供了保证。深入研究BMSCs在SCI修复中的作用，将有助于开发出一条安全有效的SCI治疗策略。

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