脊髓损伤修复进展

脊髓损伤修复的研究进展赵廷宝 脊髓损伤的后果 脊髓损伤 SCI 的现状 SCI患者数量正呈逐年上升的趋势 美国一年新增SCI患者11 000人 我国有案可查的脊髓损伤病例达60万以上 严重SCI 四肢瘫 下肢截瘫 的比重增加 SCI不仅给患者带来巨大痛苦 而且给家庭及社会造成极大负担 1928年Cajal传统观念认为中枢神经损伤后不能再生原因 1 损伤神经元死亡2 损伤神经元生长能力降低3 缺乏必要的营养因子4 宿主自身影响再生的环境 由于Cajal教授的权威和神经组织结构的特殊性 长期以来 中枢神经再生的基础研究没有取得突破性进展 目前国内外临床上除了对脊髓压迫等继发性损伤进行减压手术外 对脊髓损伤尚无有效的治疗方法 不利于脊髓再生的因素 轴突生长相对过慢 胶质瘢痕形成过快再生促进因子不足 抑制因子存在中枢胶质细胞在再生中作用的双向性 有利于脊髓再生的因素 随着现代生物医学和材料科学的飞速进步 使得关于脊髓损伤修复的探索性研究不断取得可喜的进展 尤其是近几年来 用外科治疗方法解决脊髓损伤修复的研究已取得长足的进步 为人们在临床上治疗脊髓损伤呈现出光明前景 外科手术介入 髓内移植 恢复脊髓解剖和环路的连续性1胚胎中枢神经组织移植2外周神经移植3细胞移植神经根植入脊髓 CNS PNS模式 功能重建 PNS PNS模式 神经元 胶质细胞 CNS胶质 少突胶质细胞 混合胶质细胞 室管膜细胞 下丘脑无长突细胞PNS胶质 SCCNS PNS胶质 OEC多能祖细胞 胚胎神经细胞 混合多能祖细胞免疫细胞 小胶质细胞 巨噬细胞基因工程细胞 分泌NTFs的SC其它 成纤维细胞 嗜铬细胞etal 有利于脊髓再生的其它因素 神经营养因子 NTFs 再生抑制蛋白抗体FK 506 GPI 1046等全身用药对神经再生促进作用的研究 CNS损伤后的变化 1 神经元存活 近端出芽再生2 神经元死亡 附近未损伤者侧枝出芽3 轴突侧枝损伤 未损伤侧枝出芽 几个关于脊髓损伤修复的里程碑式的实验 1 Aguayo 1981 Science 提出了突破性的新观点 认为损伤后的中枢神经轴突在合适的环境中可以发生有效再生 30mm 2 Schwann细胞用于修复脊髓损伤LiYing 1994 J Neuroscience 用电解的方法溶解成年大鼠的皮质脊髓束或背侧上行传导束 在损伤部位植入Schwann细胞 术后发现损伤轴突沿着未损伤的轴突平行再生了相当的距离 XuXM 1995 J Comp Neurol 将成年大鼠脊髓在T8水平横断 去除T9 11节段 用从坐骨神经纯化的SC作为引导物 观察到损伤轴突获得满意再生 9 10mm 3 嗅鞘细胞 OECs 修复脊髓损伤LiYing 1997 Science 使用电解的方法损伤大鼠单侧皮质脊髓束 移植由成年大鼠嗅球原代培养的细胞 有小胶质细胞 内皮细胞和嗅鞘细胞 发现轴突能生长较长的距离 前肢功能恢复了57 尽管当时并不清楚每种细胞对损伤修复的作用 但结果令人鼓舞 OEC不仅能够分泌促进轴突再生的生长因子和粘附分子 且可以起到隔离物的作用 防止再生轴突接触胶质疤痕中的抑制因子 采用完全脊髓横断模型 去掉部分脊髓 用SCs构建支架 支架内加入纯化的OECs 两端断立体定位微量注射OECs 结果发现移植组的脊髓传导束的轴突均有长距离的再生 0 5 2 5 这些再生的轴突穿过了疤痕区 并可以见到一同移行的OECs Ramon Cueto 1998 J Neuroscience 比较了SCs和OECs修复脊髓损伤的结果 认为OECs能绕过损伤部位的胶质疤痕 覆盖CNS的天然屏障到达远侧 1 5cm 并有功能恢复 2000 Neuron 4 脊髓节段移植修复脊髓损伤IwaashitaY 1994 Nature 切除新生大鼠下胸段脊髓 用胚胎大鼠的脊髓节段原位移植 再生轴突穿过移植物 建立的神经联系很难与正常者分辨 修复后的实验动物功能恢复满意 5 肋间神经移植修复脊髓损伤Cheng 1996 Science 用含有切成小段的肋间神经和 酸性成纤维细胞生长因子 的纤维凝胶 桥接 8节段的5 脊髓缺损 发现有许多轴突再生进入移植物 且不少能继续长入远侧脊髓而恢复功能 可促进胚胎神经元发育分化 能够维持多种神经元存活 上述实验表明 中枢神经纤维在人工赋予的类似外周神经的环境中可产生有效再生 在适当的介入条件下 大鼠可获得部分自主运动功能的恢复 2000年科学家们成功克隆了阻止受损神经再生基因 Nogo基因 这一发现被誉为是 探索中枢神经损伤修复漫长道路中的一个里程碑 Chen GrandPre Prinjha 2000 Nature Nogo蛋白是抑制成年动物中枢神经再生的髓鞘内活性分子 Nogo分子有三个异构体 分别命名为Nogo A B和 C 它们是同一Nogo基因通过不同的启动子或RNA剪接方式形成的 Nogo主要分布于中枢神经系统白质中 在髓鞘和培养的脊髓少突胶质细胞中均可以检测到 Nogo蛋白有两个完全独立的具有抑制活性的结构域 amino Nogo和Nogo 66 amino Nogo能抑制神经元和成纤维细胞的生长 而Nogo 66只能抑制神经元的生长 NgR是能够介导Nogo 66抑制活性的功能性表面受体 6 消除Nogo对脊髓损伤修复的影响Kim Simonen Zheng 2003 Neuron 消除Nogo后的小鼠可以正常生长发育 正常繁殖 行为正常 脑组织结构没有异常改变 消除Nogo后对脊髓损伤修复的影响1 促进皮质脊髓束发芽2 促进皮质脊髓束轴突再生3 促进实验动物运动功能的恢复 既往实验的缺陷1 缺乏可重复性 技术复杂 条件不同 2 有些实验结果相互矛盾3 轴突再生主要依赖于形态学和追踪技术4 功能恢复没有电生理依据 不利于脊髓损伤修复的因素1 损伤神经元死亡2 损伤神经元生长能力降低3 宿主自身影响再生的环境A 抑制轴突再生物质的存在 NogoB 损伤部位脊髓灰质液化形成囊腔C 损伤部位胶质疤痕的形成 机械阻挡 分泌抑制物D 损伤部位血液循环障碍 导致必要的营养因子缺乏 促进脊髓损伤修复的措施1 组织 脊髓节段 坐骨神经和肋间神经2 细胞 SCs OECs3 分子 NGF BDNF GDNF CNTF IGF NT 3 NT 5 NT 6 aFGF bFGF 胶质细胞的作用1 髓鞘形成2 形成用于神经元迁移和轴突生长的支架3 参与神经递质的摄取和代谢4 摄取和缓冲细胞外环境中的离子5 清除死亡神经元所遗留的碎片6 区分不同种类神经元 并起绝缘体作用7 支撑神经元 起结缔组织细胞的作用8 营养作用 提供神经元必要的代谢成分9 参与信息处理和记忆存储 神经营养因子的作用1 神经元存活 防止神经元死亡2 神经突起生长 刺激轴突和树突生长3 神经细胞生长 促进神经细胞再生4 合成代谢作用 增加神经元胞体的体积5 分化 诱导神经元表型所需的蛋白质合成6 递质的调节 增加神经递质 神经肽及其合成酶的合成7 电特性 改变离子通道的活性和水平 我们采取的策略 理论依据一 脊髓全横断损伤后 除局部有空洞和胶质瘢痕形成外 下位脊髓可长期存活 并保持固有的突触联系 大鼠脊髓全横断后 下位脊髓的深浅反射均可恢复灵长类动物 包括人 脊髓全横断后 下位的深反射可以恢复 因此 在脊髓完全横断后 如果有上位中枢的再生纤维进入并支配下位脊髓 可望取得运动功能的恢复 理论依据二 脊髓灰质中存在着大量的中间神经元 它们和上下行纤维均有着广泛的联系 因此 通过中间神经元轴突的再生 可望间接取得长的下行传导束的支配 理论依据三 背侧神经根中的神经纤维为背根神经节内假单极神经元的中枢突 在脊髓内 和同侧及对侧后角的第二级感觉神经元 前角运动神经元 后角 中间带及前角内的中间神经元均发生突触联系 大鼠脊髓灰质的纤维联系 损伤节段的选择 T10 胸腰段损伤是临床上最为常见的脊髓损伤轴突损伤距神经元胞体越近 胞体坏死和凋亡的可能就越大 所以过高节段的脊髓损伤