嗅鞘细胞移植在眼科领域应用的研究进展

1、嗅鞘细胞移植在眼科领域应用的研究进展【摘要】嗅鞘细胞（olfactory ensheathing cells，OECs）是目前唯一一种在成熟阶段还具有生长能力的特殊类型的胶质细胞，是继神经干细胞和雪旺细胞之后能促进神经纤维再生的一种新型细胞。它的生物学性能广泛，不但对神经元具有支持、营养、引导及促进存活的作用，而且能够改善受损轴突生长的环境，使其避免接触周围环境中不利于再生的因素，起到一定的隔离作用。OECs是目前神经外科和眼科用于细胞移植的种子细胞之一。现就近年来OECs在眼科领域的研究作一综述。 【关键词】 嗅鞘细胞；胶质细胞;再生Research progress olfactory e

2、nsheathing cells transplantation in ophthalmology fieldWei Tan,PingHua LiDepartment of Ophthalmology，the First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing 400016, ChinaAbstractOlfactory ensheathing cells (OECs) is the only kind of glial cells which can grow in its mature stage. Li

3、king the neural stem cells and Schwann cells, OECs has the potential to promote regeneration of the nerve fibers. Its biological properties is widely, not only for neurons support, nutrition, guide and survival promote, but to improve the growing environment of the damaged axons. It plays an isolati

4、on role to avoid neurons from adverse factors in the surrounding environment. Currently, OECs is looked as a seed cell in neurosurgery and ophthalmology cell transplantation. The following article is a review of the recently researches of OECs transplantation in ophthalmology.KEYWORDS: olfactory ens

5、heathing cells;glial cells;regeneration0引言 嗅鞘细胞(olfactory ensheathing cells, OECs)移植在眼科主要用于视神经损伤修复。视神经损伤后很难再生，其原因与神经所在微环境缺乏足够的神经营养因子,使视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells，RGCs)轴突再生困难密切相关。视神经损伤后，90%95% RGCs发生凋亡。OECs终生具有神经再生功能，能够释放多种神经营养因子、神经粘附分子，被认为是髓鞘化能力最强的胶质细胞。1嗅鞘细胞的分布及来源 OECs是起源于嗅基底膜，来源于嗅上皮祖细胞,是嗅神经的髓鞘细

6、胞，既存在于鼻腔的嗅上皮、嗅神经，也存在于中枢神经系统的嗅球的神经纤维层和小球层内，并可以伴随嗅束进入大脑，兼有雪旺细胞和星状胶质细胞的特性1。Golgi和Blanes最早描述了哺乳动物嗅球中有一种梭形细胞，分布于嗅小球层和嗅神经纤维层。研究发现该梭形细胞就是OECs。最早移植用的OECs来自于中枢的嗅球，但由于嗅球较小，位置较深，OECs获得困难，且数量较少，不利于移植，中枢的嗅球不是一个理想的获取OECs的部位。而鼻腔嗅粘膜基板的OECs可以通过活检获取，为自体移植创造了条件。更有价值的是从嗅粘膜的固有层获得的OECs更富有生机和活力2 。但人OECs来源毕竟有限，因此利用非同源细胞解决O

7、ECs来源受到关注。有学者利用猪的OECs移植到非洲绿猿的脊髓损伤部位进行首次异种OECs移植并获得成功3。MorenoFlores等4在体外培养了有无限传代能力的OECs， 这一系OECs能够维持原代培养的OECs促神经再生的特征，用脊髓损伤动物模型(后柱挤压伤)来检查其在促进轴突修复方面的能力，发现这些细胞在移植入损伤的脊髓后，能以星形胶质细胞样、雪旺细胞样或中间态形式与脊髓整合在一起，促进了感觉投射轴突、皮质脊髓束的轴突长入损伤区，脊髓损伤的大鼠也改善了损伤平面以下的感觉和运动功能。随着研究的深入，对于OECs的获取部位和培养的认识也在加深，这些均为基础和应用研究提供了方便和充足的OEC

8、s来源。2嗅鞘细胞促进神经修复的作用机制 体外研究发现，OECs既表现出雪旺细胞使轴突髓鞘化的特性，又表现出星形胶质细胞保护、支持神经细胞和促进神经轴突再生的特性。OECs能提供了神经轴突再生的一些必要条件。2.1分泌多种神经营养因子 主要有神经生长因子(NGF)、脑源性神经营养因子(BDNF)、胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)、睫状神经营养因子(CNTF)、神经营养因子3(NT3)、神经营养因子4/5(NT4/5)、血小板源性生长因子(PDGF)、神经肽Y等，以及细胞外基质如层粘连蛋白、纤维粘连蛋白、神经细胞粘附分子和胶质源性连接素等5。这些神经营养因子能与周围的神经胶质细胞表达的受体T

9、rkA，TrkB，TrkC结合，诱导胶质细胞分泌GDNF，并能抑制胶质细胞反应性增生，从而抑制胶质疤痕的形成，还可通过旁分泌途径促进受损神经元的存活和轴突再生6。此外，OECs还能表达与新生血管发生有关的结缔组织生长因子(CTGF)和血管内皮生长因子(VEGF)，而新生血管形成被认为有助于神经修复。2.2 引导轴突穿越胶质瘢痕3嗅鞘细胞在眼科的研究现状3.1嗅鞘细胞移植用于治疗神经损伤有较大的优越性 嗅鞘细胞移植用于治疗神经损伤有较大的优越性概括起来主要表现在以下几个方面13：OECs具有较强的神经保护作用；有较强的成髓鞘作用；较强的促进轴索生长并引导新生轴索通过胶质疤痕的作用；能有效促进突触

10、形成；可自体取材应用而无损伤；可作为基因治疗的载体细胞。自首次OECs移植以来，人们进行了多项研究并取得了显著的成果。OECs可以在视神经断端存活，这为OECs移植促进RGCs轴突的再生提供了有利条件。将新生鼠嗅球纤维层组织植入视神经断端，存活的RGCs数量明显升高，提示在视神经断端植入嗅纤维层组织为RGCs再生创造了有利的局部微环境，并通过某种途径诱导GAPM3持续高表达，而GAPM3持续高表达可视为视神经轴突再生的重要标志14。实验表明，OECs能促进RGCs轴突长程生长15。在OECs与大鼠RGCs共培养的研究中发现，其促进神经轴突再生的能力明显强于星形胶质细胞、雪旺细胞及其他非胶质细胞

11、16。MorenoFlores等17用细胞构建启动子表达的肉瘤病毒40移植抗原永生化的OECs,结果显示其促进RGCs轴突再生的作用也明显优于雪旺细胞。说明于视神经断端移植OECs，既可以保护受损的RGCs，还可以引导视神经轴突的再生。Li等18移植的OECs，可以引导RGCs的轴突向视神经远侧段延伸达l0mm。利用低亲和力神经生长因子受体(P75)免疫吸附法筛选出P75阳性的OECs，发现其促RGCs轴突生长的作用比P75阴性的OECs或这两种细胞的混合物强。而P75阳性的OECs无论是来源于中枢神经系统的嗅球嗅神经层，还是来源于周围神经系统的嗅神经根，都能有效的促进RGCs轴突生长19。这

12、说明OECs表达的P75与促进轴突生长有关，但其确切功能尚需进一步研究。3.2 嗅鞘细胞在脱髓鞘损伤中的应用 脱髓鞘疾病的治疗是一项艰巨的临床挑战，OECs移植被用于这方面的实验研究，并显示出其独特的优势。1996年，Franklin等首次将OECs移植用于鼠的脱髓鞘损伤模型中，发现其能够使脱髓鞘的轴突重新髓鞘化。许多实验都证实了这一点，这为人类脱髓鞘疾病的治疗带来了希望。最近发现，脑室膜细胞等其他类型的胶质细胞能够加速OECs的促神经髓鞘化的速度20，21，其机制尚不明确，可能涉及胶质细胞之间的相互作用。此外，在多发性硬化等脱髓鞘病变中，OECs移植进入含有星形胶质细胞的损伤区后所表现出来它

13、们的潜在作用，比神经膜细胞更具优势。4嗅鞘细胞移植与其他方法的联合运用 OECs虽然可以分泌多种神经营养因子，但分泌的量有限。为进一步促进神经再生，有必要补充额外的神经营养因子或联合其他方法。研究发现很多神经营养因子都与OECs有很好的协同作用，如NT3，GDNF等。这种协同作用产生的可能机制：一方面，由于损伤晚期，胶质瘢痕分泌大量抑制性因子，并对轴突生长起到物理性阻碍作用，使神经营养因子无法促进再生的轴突穿过胶质瘢痕。而OECs可以克服这种不利的微环境，起到一种细胞桥的作用，引导神经纤维通过胶质瘢痕，使神经营养因子促进轴突再生的作用得以显现；另一方面，神经营养因子可能对移植的OECs具有细胞

14、保护作用，甚至促进其增殖，从而加强了OECs的作用。此外，基因修饰后的OECs移植亦具有促进神经再生的功能，而且作用更大。通过转基因方法可以将目标基因导入体内，在局部长期产生神经营养因子，具有浓度高、分泌的时间、空间可调控等优点。有学者将腺病毒载体介导的、经BDNF，NT3目的基因修饰的OECs移植到损伤脊髓处，4mo后发现病变脊髓体积明显缩小，组织学结构显示，移植经基因修饰的OECs明显地促进了红核束神经突的再生。经基因修饰的OECs不仅能有效地促进轴突生长，还能促进功能的恢复22，23。这是因为将外源性生长因子(BDNF，NT3等)基因转入OECs后，目的基因的表达产物和OECs同时作用于

15、受损伤的神经组织，进一步改善受损神经的微环境，并且提高了神经再生及功能恢复程度。其他方法,如：OECs与雪旺细胞以及神经干细胞的联合移植,这些都将为OECs的应用带来更广阔的前景。5展望 目前，OECs移植基本上还停留在基础实验阶段，脊髓损伤的临床研究刚刚开始,眼科的临床研究还是空白。要真正广泛的应用于临床还有很多问题需要解决。如OECs来源问题，移植途径以及移植时机也是临床上需要解决的问题。另外，OECs的功能及其修复神经损伤的机制仍需进一步阐明，且修复效果可能受到多种因素的影响。OECs与其他细胞或支架联合移植的增强效应尚在探索中。深入研究这些问题，将有助于找到合理的策略，使OECs发挥其

16、最大的作用。【参考文献】 1 Fairless R, Barnett SC. Olfactory ensheathing cells: their role in central nervous system repair. Int J Biochem Cell Biol 2005;37(4)：6936992 Ramer LM, Au E, Richter MW, et al. PeripheraI olfactory ensheathing cells reduce scar and cavity formation and promote regeneration after spinal

17、 cord injury. Comp Neurol 2004;473(1):1153 Radtke C, Akiyama Y, Brokaw J, et al. Remyelination of the nonhuman primate spinal cord by transplanlation of htransferase transgenic adult pig olfactory ensheathing cells. FASEB J 2004;18(2):3353374 MorenoFlores MT, Bradbury EJ, MartinBermejo MJ, et al. A

18、clonal cell line from immortalized olfactory ensheathing glia promotes functional recovery in the injured spinal cord. Mol Ther 2006;13(3):5896085 Guntinas L, Wewetzer K, Tomov TL, et al. Transplantation of olfactory mucosa minimizes axonal branching and promotes the recovery of vibrissae motor perf

19、ormance after facial nerve rear in rats. J Neurosei 2002；22:712171316 Ahhaus HH, RichterLandsberg C. Glial cells as targets and producers of neurotrophins. Int Rev Cytol 2000;197:2032777 Davies SJ, Goucher DR, Doller C, et al. Robust regeneration of adult sensory axons in degenerating white matter o

20、f adult rat spinal cord. J Neurosci 1999;19(14)：581058228 Bradburej EJ, Moon LD, Popat RJ, et al. Chondroitinase ABC promotes functional recovery after spinal cord injury. Nature 2002;416(6881):6366409 Verdue E, GarciaAlias G, Fores J, et al. Effects of ensheathing cells transplanted into photochemi

21、cally damaged spinal cord. Neuroreport 2001;12(11): 2303230910 PerezBouza A,Wigley CB,Nacimiento W, et al. Spontaneous orientation of transplanted olfactory glia influences axonal regeneration. Neuroreport 1998;9(13):2971297511 Plant GW, Currier PF, Cuervo EP, et al. Purified adult ensheathing glia

22、fail to myelinate axons under culture conditions that enable Schwann cells to myelin. J Neurosci 2002;22(14)：6083609112 Vincent AJ, West AK, Chuah MI. Morphological and functional Plasticity of olfactory ensheathing cells. Joumal of Neurocytology 2005;34：658013 Barnett SC.Olfactory ensheathing cells

23、: unique glial cell type. Neurotrauma 2004;21(4):37538214赵君朋，雷季良，杨磊，等. 新生大鼠嗅球纤维层组织移植促进受损视网膜节细胞存活和再生的研究神经解剖学杂志 2004；20：414315 Leaver SG, Harvey AR, Plant GW, Adult olfactory ensheathing glia promote the longdistance growth of adult retinal ganglion cell neurites in vitro. Glia 2006;53(5):46747616 Son

24、igra RJ, Brighton PC, Jacoby J, et al. Adult rat olfactory nerve ensheathing cells are effective promoters of adult central nervous system neurite outgrowth in coculture. Glia 1999;25(3):25626917 MorenoFlores MT, Lim F, MartinBermejo MJ, et al. Immortalized olfactory ensheathing glia promote axonal

25、regeneration of rat retinal ganglion neurons. J Neurochem 2003;85(4):86187118 Li Y, Sauve Y, Li D, et al. Transplanted olfactory ensheathing cells promote regeneration of cut adult rat optic nerve axons. J Neurosei 2003；23(21)：7783 7788 19 Kumar R, Hayat S, FeIts P, et al. Functional diferences and interactions between phenotypic subpopulations of olfactory ensheathing cells in promoting CNS axonal regeneration. Gila 20