干细胞治疗脑炎

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神经干细胞移植是将神经干细胞(neural stem cells)移植到宿主体内,使神经干细胞向神经系统病变部位趋行、聚集,并存活、增殖、分化为神经元和/或胶质细胞,从而促进宿主缺失功能的部分恢复的一种技术。近年来,神经干细胞研究成为治疗神经退行性疾病和中枢神经系统损伤的热点。神经干细胞移植在临床应用中有广阔的前景,对它的研究一直是近年来的热点。
 
释义
神经干细胞(neural stem cells)是指来源于神经组织或能分化为神经组织,具有自我更新能力和多向分化潜能的一类细胞。近年来,神经干细胞研究成为治疗神经退行性疾病和中枢神经系统损伤的热点。移植入宿主体内的神经干细胞能够向神经系统病变部位趋行、聚集,并能够存活、增殖、分化为神经元和/或胶质细胞,从而促进宿主缺失功能的部分恢复。神经干细胞( neural stem cells)在临床应用中有广阔的前景,对它的研究一直是近年来的热点。
分类
细胞
1)神经管上皮细胞:分裂能力最强,只存在胚胎时期,可以产生放射状胶质神经元和神经母细胞;神经干细胞
2)放射状胶质神经元,可以分裂产生本身并同时产生神经元前体细胞或是胶质细胞,主要作用是幼年时期神经发育过程中产生投射神经元完成大脑中皮质及神经核等的基本神经组织细胞;3)神经母细胞,成年人体中主要存在的神经干细胞,分裂能力可以产生神经前体细胞和神经元和各类神经胶质细胞;4)神经前体细胞,各类神经细胞的前体细胞,比如小胶质细胞是由神经胶质细胞前体产生的。
部位
神经嵴干细胞(neural crest stemcell,NC-SC)和中枢神经干细胞(CNS-SC)。
外周神经干细胞(PNS-SC),既可发育为外周神经细胞、神经内分泌细胞和Schwann氏细胞,也能分化为色素细胞(pigmented cell)和平滑肌细胞等。NSC一般是指存在于脑部的中枢神经干细胞(CNS-SC),其子代细胞能分化成为神经系统的大部分细胞。
以往认为,中枢神经系统的神经元在出生前或出生后不久,就失去再生能力。但近年的一些研究表明,成年哺乳动物的脑组织仍可不断产生新的神经元,成人脑组织中同样存在NSC,主要是在侧脑室下层(SVZ)和海马齿状回两处。
目前多使用基因转移的方法,建立神经干细胞系,即诱导NSC的细胞周期不断循环往复,从而阻止其分化过程。永生化的NSC具有较好的生物学特性,它们能自我复制并在体外大量增殖,在移植人体内后仍具有多向分化潜能,同时可被转染并稳定地表达外源基因。
长期以来,人们一直认为成年哺乳动物脑内神经细胞不具备更新能力,一旦受损乃至死亡不能再生。这种观点是人们对中枢神经系统疾病的治疗受到了很大限制。虽然传统的药物、手术及康复治疗取得了一定的进展,但是仍不能达到满意的效果。
1992年,Reynodls等从成年小鼠脑纹状体中分离出能在体外不断分裂增殖,且具有多种分化潜能的细胞群,并正式提出了神经干细胞的概念,从而打破了认为神经细胞不能再生的传统理论。Mckay于1997年在《Science》杂志上将神经干细胞的概念总结为:具有分化为神经元、星形胶质细胞及少突胶质细胞的能力,能自我更新并足以提供大量脑组织细胞的细胞。
特点
胚胎性神经干细胞可自动发生分化,具有无限增殖能力,移植至患者体内有致瘤的可能,同时胚胎性神经干细胞还有可能引起免疫排斥反应,所以胚胎神经干细胞尚不能应用于临床。
来源于细胞系的神经干细胞因为在培养过程中有基因的掺入,并需经过长期的培养,有可能发生某些生物学特征的改变,甚至发生恶性转变,因此,来源于细胞系的神经干细胞目前多应用于动物实验。
胎脑来源的神经干细胞较多保留了干细胞的生物学活性,培养10-15天,可原代获得适宜移植的神经干细胞球,其分化可受周围环境的调控,不易产生致瘤性,是相对安全的神经干细胞来源,同时中枢神经系统是相对免疫豁免区,其无抗原呈递细胞,免疫排斥弱,现较多应用于临床。2005年10月美国FDA公布批准斯坦福大学以异基因人胎脑神经干细胞脑内移植治疗小儿脑病。
神经干细胞移植大都采用腰椎穿刺蛛网膜下腔注射移植,移植后部分病人出现了神经运动功能的改善,但也 有部分病人病情无明显变化。虑患者多为老年人,脑内环境较差,不利于神经干细胞的存活及分化;干细胞移植技术还不成熟,现在主要应用于动物实验阶段,不要盲目治疗。还有一点是治疗费用很昂贵。
治疗疾病
20世纪80年代中期开始,国外学者即将干细胞移植技术应用于临床。临床应用较多的是成人帕金森氏病、脑中风、脑梗塞、亨廷顿氏病、老年性痴呆及脑外伤。移植后部分病人出现了神经运动功能的改善,但也有部分病人病情无明显变化。考虑患者多为老年人,脑内环境较差,不利于神经干细胞的存活及分化。移植的长期疗效仍在进一步观察中。在小儿神经干细胞移植方面,北京海军总医院儿科自2005年5月成功进行了世界首例新生儿缺氧缺血性脑病、早期脑瘫患儿神经干细胞移植,之后又先后对各类型智力障碍、小儿脑瘫、新生儿缺氧缺血性脑病、新生儿核黄疸、颅内出血、Rett综合征、孤独症、21-三体综合征、脊肌萎缩症、线粒体脑肌病、先天或遗传代谢性脑病等进行了神经干细胞移植,取得了较好的临床疗效,半数以上患儿智力和运动能力得到不同程度改善,小婴儿效果尤其显著,无一例出现倒退及发生严重并发症。其中还有14名视觉严重障碍患儿视觉功能明显恢复。
移植途径
依据神经干细胞能够向病变神经系统部位趋行、聚集的生物学特性,目前动物实验及临床应用中所使用的干细胞移植途径主要包括局部注射移植、经脑脊液注射移植、经血液循环注射移植。下面就各种移植途径的应用方法和主要特点概述如下。
局部注射移植
1、立体定向脑内注射移植是目前动物实验和临床研究采用最多的干细胞移植方法。该技术是应用CT/MRI扫描定位后,图像象输入计算机,利用计算机规划移植靶点、手术路径,局部麻醉后,颅骨钻孔,插入探针,微量泵泵入神经干细胞。立体定向脑内注射移植手术具有定位准确,操作时间短,手术创伤小,患者在局麻下可承受该手术,利于术者检查患者配合情况,及时观察治疗反应的优点。该方法适合于病灶比较局限的疾病如脑出血后遗症、脑外伤后遗症、局灶性脑梗塞等,也适合具有集中神经功能核团支配的神经功能退行性疾病如帕金森症、阿尔茨海默病等。该方法是可以把干细胞全部集中到病灶及其周边发挥治疗作用,神经功能改善迅速、直接。但缺点是将神经干细胞直接注射于脑损伤区,脑内神经干细胞移植的成功率较低,这是因为脑损伤部位是一处不良的局部微环境区域,植入的神经干细胞有可能被激活的小胶质细胞和巨噬细胞所清除。经脑内移植尚有容积占位效应,致使神经干细胞移植量有限,这也是导致移植成功率降低的因素之一。此外,经脑内移植还可导致局部神经干细胞移过度聚集,不利于神经干细胞移的分化。头部穿刺手术,虽然创伤较小,但仍存在穿刺出血的风险,许多患者不愿意接受。
2、脊髓局部注射移植是目前治疗脊髓损伤的动物实验和临床研究最多采用的干细胞移植方法。该技术主要是在脊髓损伤的节段进行手术,依次切开皮肤、肌肉、韧带,咬除受伤节段的部分椎板,剪开硬脊膜然后在受伤脊髓节段上下两端注射干细胞。该方法的优点是移植的细胞分布在损伤脊髓两端发挥作用,同时手术可以起到减压的作用,促进部分脊髓功能的恢复。但缺点是创伤大,存在出血的风险,此外手术本身对脊髓是一次新的损伤有可能加重神经功能的缺失。
经脑脊液途径移植
1、腰椎穿刺蛛网膜下腔注射移植
该方法是目前另一种较多采用的移植方法。该方法是利用腰椎穿刺技术,于腰椎3-5椎间隙,置入穿刺针达到蛛网膜下腔,注入神经干细胞。其优点是移植的细胞可以顺着脑脊液的循环途径流遍整个大脑和脊髓,可在宿主蛛网膜下腔中保持贴附、增殖和分化的能力,无论哪里有病灶,细胞都可以到达,适合于病变较为广泛的神经功能疾病的治疗,例如脑炎后遗症、脑发育不良、多发性脑梗塞等疾病。且该方法创伤很小,每次操作只需要十多分钟,病人始终处于清醒状态。该方法的缺点是移植的干细胞被分散到整个大脑和脊髓,干细胞迁移、趋行到什么部位难以控制,治疗效果没有定向脑内注射明确,同时干细胞需要顺着脑脊液循环至大脑,路径较长,且需通过脑脊液-脑屏障,细胞损失较多。此外干细胞直接进入脑脊液中,为环境完全不同于体外培养的环境,干细胞存活的数量仍存在疑问。
2、脑室穿刺注射移植
有部分动物实验和临床研究采取脑室穿刺注射移植的方法。该方法是给予患者侧脑室穿刺后,经穿刺针注射神经干细胞。动物实验研究证明通过脑脊液途径移植神经的干细胞可以特异性的迁移至脑损伤区域,对临床神经干细胞移植治疗方案的确定具有积极的意义。该方法的优点是脑室穿刺时干细胞可以直接到达脑室系统,循环至整个神经系统,移植点位于高位,路径较短,干细胞损失较少。植入细胞可远离损伤环境,同时避免损伤区的不良微环境影响移植细胞的成活,从而提高植入细胞的存活率,避免经脑内移植时的容积占位效应,增加植入细胞的数量,脑室内环境也为植入的NSCs提供了良好的迁移发育和定向分化的场所,有利于脑室植入细胞在内源性NSCs的迁移途径引导下,广泛快速地到达脑内损伤区。但此方法缺点在于,因为要经过脑脊液循环到达病灶区,需要移植的细胞数量要增加,此外脑室穿刺创伤较腰椎穿刺大,有穿刺出血的风险。脑室穿刺细胞移植与腰椎穿刺细胞移植的治疗原理和效果应该是基本相同,如果此移植途径可行,在临床上可以直接通过腰椎穿刺蛛网膜下腔注射进行细胞移植。
3、枕大池穿刺移植
该方法是动物实验中较多采用的移植方法,主要是从后枕部穿刺到枕大池注入干细胞。优点基本与其他利用脑脊液途径移植的方法相同,动物实验中主要考虑腰椎穿刺和脑室穿刺的难度较大,该方法操作较为简单。但该方法不适合于临床应用也没有临床报道,主要因为后枕部穿刺的手术风险过大,可能造成脑干的损伤,危及生命。
血液循环途径移植
1、静脉内注射移植:
静脉内注射移植的方法目前仅见于动物实验的文献报道,个别医院也在应用该方法,但尚未正式报道。该方法是使用静脉穿刺的方法,将神经干细胞滴入血液循环,干细胞通过血液循环到达神经系统,透过血脑屏障到达脑组织发挥作用。其优点是创伤小、容易被患者所接受,经静脉移植避免损伤正常脑组织,且可以通过反复多次移植来弥补到达病灶区神经干细胞移少之不足。如Jeong等经大鼠尾静脉植入神经干细胞移,证实进入脑内的神经干细胞移有10%成功分化为神经元,并与周围正常神经元建立了突触联系。但经静脉进行神经干细胞移移植的不利因素在于,从外周静脉进入脑内需经长时迁移,最后进入脑内的细胞数量十分有限,从而导致移植成功率不高。从理论上来讲,大量的移植细胞没有进入所希望治疗的病灶区域,而是在血液循环中消耗掉了,加大移植细胞的数量的话,理论上可能有足够数量的干细胞进入病灶区域发挥作用,但同时会使治疗成本升高。
2、动脉内注射移植
动脉内注射移植的原理基本与静脉内注射移植相同,主要是部分学者考虑通过直接将干细胞在供脑动脉内注射,可以减少干细胞在血液循环中的损失,提高干细胞的利用率。多采用颈内动脉穿刺的方法移植干细胞,这样可以使移植的干细胞集中流到脑组织内部,减少细胞耗损。该方法缺点是有可能使老年患者动脉壁上的血栓脱落形成新的脑血栓,以及可能形成夹层动脉瘤。
以上几种干细胞移植途径各有优缺点,均为干细胞的动物实验及临床研究提供了移植方法。笔者认为很难评价各种方法的优劣,而应该在各种方法的完善上进一步进行研究,掌握每种方法的适应证,必要时可以两种或两种以上方法联合应用,以达到最好的治疗效果。
临床应用
神经干细胞移植对治疗目前常规方法难以见效的神经疾患提供了广阔的思路和诱人的前景,所以现在全世界都把它作为一个热点来进行研究。我国在神经干细胞研究方面起步非常早,无论是技术还是临床,都处于比较前沿的位置。
2005年5月北京海军总医院儿科成功进行了世界首例新生儿缺氧缺血性脑病、早期脑瘫患儿神经干细胞移植,取得了较好的效果。北京武警总医院开展的神经干细胞移植治疗脑出血、脑梗塞(脑血栓)、脑外伤、脊髓损伤等疾病的后遗症;广州珠江医院开展的骨髓间充质干细胞诱导分化为神经干细胞后移植治疗脑外伤、脑血管瘤病人、脊髓损伤等。神经干细胞移植取得了较好的临床效果,但也有部分患者移植后无效。移植的长期效果仍在继续追踪观察中,但重要的是目前临床移植病人无严重移植并发症报道。在上述医院中,北京海军总医院是专门从事小儿神经干细胞移植的,其余医院进行的主要是成人神经干细胞移植。
临床研究
神经干细胞的发现是神经系统疾病治疗的一个里程碑,大部分神经缺损是由于疾病或损伤而使神经系统中的某些类型细胞的数目减少所致,而这些细胞又不能自我修复,如神经退行性疾病(帕金森病)和脱髓鞘疾病。由于神经干细胞特有的生物学特性是既在体外的可持续增殖,又具有多分化的潜能,给人类多年来一直未能解决的使损伤或病变的中枢神经组织恢复相应功能的治疗难题提供了可能的途径。目前,神经干细胞在应用方面的研究主要集中在以下三个方面。
1 用于神经细胞的替代疗法
从人胎儿全脑分离出神经干细胞并成功地灌注入发育中的小鼠大脑后,细胞能存活、迁移,毫无接缝地与宿主大脑组织连为一体并产生3种基本的神经细胞,这些被灌注的细胞还能替补小鼠小脑神经元退行性变性神经元缺陷。
2 充当基因治疗的载体
中枢神经系统损伤后自我修复效果不佳的原因,除了内源性神经干细胞的数量不足外,还由于损伤局部的微环境不适宜神经细胞的再生。在这种情况下,单纯补充干细胞的数量是不够的,可以通过转基因技术,将编码神经营养因子等的基因片段导入神经干细胞中,使其在移植部位进行表达,改善局部微环境,以维持细胞的生存和增殖。此外,为了达到某种特殊的治疗目的,也需要对移植的神经干细胞进行基因修饰,使其在局部产生特殊的蛋白质,如用于治疗中枢神经系统肿瘤时,让其产生抗癌药物;治疗帕金森病时,让其产生多巴胺等。
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