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发布时间:2023-10-30 14:00:41

中华妇幼临床医学杂志(电子版)2017年8月第13卷第4期 述评 骨髓间充质干细胞治疗缺氧缺血性 脑损伤的研究现状 郑臻母得志 【摘要】骨髓间充质干细胞(BMSC)是一类具有多向分化潜能的干细胞。近年研究结果显示,移 植BMSC治疗缺氧缺血性脑损伤(HIBD)动物模型,具有促进HIBD动物模型脑组织结构和神经功能改 善的作用。其可能的作用机制包括:①细胞替代作用;②分泌神经营养因子和调控细胞因子,发挥免疫 调节作用;③趋化作用及促进新生血管形成等。笔者拟针对BMSC治疗HIBD的分子机制进行阐述。 【关键词】问质干细胞; 缺氧缺血,脑; 移植; 治疗; 模型,动物 Research status of bone marrow mesenchymal stem cells in treatment of hypoxic—ischemic brain damage Zheng Zhen,Mu Dezhi.Department of Pediatrics,Key Laboratory of Birth Defects and Related Dieas of Women and Chidren(Sihuan Universy),Ministy f Educaton,Wes China Second University Hospital,Sichuan University,Chengdu 610041,Sichuan Province,China C0rr 5 0咒 g author:Mu Dezhi,Email:mudz@SCU.edu.cn [Abstract] Bone marrow mesenchymal stem cells(BMSC)have multiple differential potentia1. Recent studies have shown that BMSC treatment can improve the brain tissue structure and nerve function of animals after hypoxic—ischemic brain damage(HIBD).The possible mechanisms may be nvolved in cell replacement,secreting neurotrophic factors and regulating cytokines through the mmune regulating function,chemotaxis,and promoting the formation of new blood vessels.In this editorial,we describe the possible molecular mechanisms of BMSC in the treatment of HIBD. 【Key words】 Mesenchymal stem cells;Hypoxia ischemia, brain; Transplantati。n; Treatment; Models,anima1 Fund programs:National Natural Science Foundation of China(81330016,81630038);Major State Basic Research Development Program(2017YFA0104200,2O13CB9674O4,2012BA104B04); Science and Technology Plan Proj ect by Science&Technology Department Of Sichuan Province (2O14SZ0149。2O16TD0002) 新生儿缺氧缺血性脑病(hypoxic—ischemic 的负担_]。目前临床上尚缺乏针对HIE的特异性 encepha1opathy,HIE)是s,JL严重的神经系统疾病, 法,而(stem cel 其发病率在发达国家为0.1 ~0.8 ,发展中国家 transp1antation,SCT)为新生儿重度HIE的治疗带 中,HIE发病率可高达2.6 []。重度HIE患儿的 来新希望。基础研究结果表明,骨髓间充质干细胞 病死率为1O ~6O ,存活患儿中,约25 患有严 (bone marrow mesenchymal stem cels,BMSC)能 重神经系统后遗症,给患儿及其家庭、社会带来极大 促进脑组织结构和功能的改善 。]。为了研究HIE 的发病机制与治疗措施,科学家们通过建立缺氧缺 血性脑损伤(hypoxic—ischemi brain damage, DoI:10.3877/cma.j.issn.1673—5250.2017.O4.001 HIBD)动物模型模拟人类新生儿HIE,对BMSC 基金项目:国家自然科学基金资助项目(81330016、81630038); 的作用及其机制进行深入研究的结果发现,移植 国家重点研发计划项目(2017YFA0104200、2013CB967404、 2012BA104B04);四川省科技厅科技计划项目(2014SZ0149、 BMSC治疗HIBD动物模型,能促进HIBD动物模 201 6TD0002) 型脑组织结构和神经功能的改善,但是BMSC发挥 作者单位:610041成都,四川大学华西第二医院儿科、出生缺陷 保护作用的具体机制,迄今尚不清楚。笔者检索并 与相关妇儿疾病教育部重点实验室 研读了近年BMSC在HIBD动物模型的研究,拟就 通信作者:母得志,Ernail:mudz@SCU.edu.cn BMSC治疗HIBD的分子机制进行阐述,为BMSC 
在治疗HIE的临床应用提供理论参考。  骨髓问充质干细胞生物学特性 物模型,均能辽移至脑内, 且通过侧脑窜移植 BMSC,到达脑组织r1的BMSC数量较多,见图1, 这与既往研究结果一致 】。本研究所用的PKf 26红色荧光细胞链接试剂盒的批号为SI BK46l2V (美 Sigma公司)。 BMSC足一类具有多向分化潜能的千细胞 , 叮被诱导分化为神经细胞、神经胶质细胞 ,具订 免疫原性低的特性。这使得BMSC除r能自体移 笔者认为,由于通过侧脑窜移植BMSC的移植 植外,也能 种异体移植。BMSC还具有取材方便、 制备容易、稳定性好等优点,已经成为组织T程学的 研究热点。 2 骨髓间充质干细胞移植在治疗缺氧缺血性脑损 伤动物模型中的应用 成功率较高,冈此,n 首选侧脑室移植方式探讨其存 HIBD动物模 r1的作用机制。此外,动物经缺氧 预处理后,BMSC的移植成功牢明显增加。凶此, 制作HIBD动物模刑前,也可通过缺氧预处 方 式,确保BMSC的移植成功率,以进行进一步研究。 临床上HIE主要足低氧血症所致的脑损伤,患儿本 2.1 骨髓问充质干细胞治疗缺氧缺血性腑损伤的 移植途径 身存在低氧状态,如果将来BMSC用于HIE患儿 的治疗,推测其移植成功率也能得到一定保证。 外,巾于对于侧脑室移植BMSC的数量,迄今尚尢 目前,BMSC颅内移植途 卡要包括5种:侧脑 室移植、动脉移植、静脉移植、腹腔移植和鼻腔『人】移 植 。侧脑室移植为直接向侧腑室中注射BMS(、, 这种方式到达颅内的BMSC数量最多,但易造成脑 组织(脑穿刺部位)的2次损伤 。经颈内动脉移 确切定沦,笔者的前期研究结果发现,侧脑率移植 BMS(:的数量为2×l0。 I 时,能够改善HIBI)人鼠 的腑组织损伤及其认知功能  2。2骨髓问允质于细胞红缺氧缺血性脑损伤动物 模型中的研究 在HIBD动物模型中,BMSC移植埘H1BD动 物模型的胁i组织结构及神经功能的改善,均具有日JJ 效果 。BMSC移植.对j HIBD动物模 的 植,BMSC小经过体循环而直接到达呐组织, 且可 避免对腩部造成的2次损伤,但是易造成血栓形成。 进而导致血管栓塞 。经静脉移植和经腹腔移植 BMSC。这2种方法操作简单.对宿主损伤小.但是 到达颅内的BMS( 数量少。这町能是移植的 BMSC经过体循环、肺循环后,大部分BMSC滞留 运动功能具有改善作用,町降低脑组织损伤程度,使 神经元细胞增J1,炎症细胞减少, 图2。I)ongega 于外周组织、器官及外周循环r】的缘故 ”。鼻腔1人】 移植BMSC是一种无创的移植方式,BMSC通过嗅 球或者脑脊液途 ,经筛骨板到达腑内,细胞到达颅 等。 将PKH 26标记的BMS(2,通过鼻腔内移植方 式治疗HIBI)模型小鼠,BMSC移植24 h后。在人 脑梗死 和对侧半球,均可 PKH 26标记的 BMSC。该研究结果还发现,HIBD模型小鼠缺氧 缺血49 d后,BMSC治疗组小鼠的皮质及海马损伤 叫 减轻,认知功能及感觉运动功能明显恢复,而对 照组小鼠则无上述明 改变 。。van Vehhoven 等 建 大鼠HIBD模型成功3 d后,通过侧脑室 内的路径较短 ,并li鼻腔黏膜具有f富的 管和 淋巴管,H 促进BMSC的吸收‘ 。日前,BMSC移 植存HIBD动物模型的研究中。究竟哪种移植方式 最佳,迄今尚尢定论,一般多选用侧脑室BMSC移 植和鼻腔内BMSC移植。笔者的前期研究结果也 发现,BMSC通过侧脑室或鼻腔【人J移植至HIBI)动 移植BMSC的结果也发现,BMSC小仅能改善大 注:图【1红色表示PKH 26标记的BMSC。PKH一26为红色荧光细胞链接试剂,BMSC为骨髓问充质十细胞 图1 PKH 26标记的骨髓问充质丁细胞在缺氧缺血性脑损伤动物模型脑组织中的定位(图lA:PHK一26标记的BMSC 图lB:经侧脑 移植的BMSC在脑组织小定f=;罔l(、:经鼻腔内移植的BMSC在腑组织中定位) 
中华妇幼临床医学杂志(电子版)2017年8月第13卷第4期 鼠的运动功能,而且大鼠的神经元和少突胶质细胞 缺失也明显减少 此外,BMSC移植后,HIBD模型 大鼠的神经元标志物NeuN、少突细胞标志物 Olg2、星形胶质细胞标志物¥100 ̄的表达均增加, 而促进炎症反应的小胶质细胞标志物Ibal减少。 这表明,BMSC移植能促进损伤组织细胞向神经元、 少突细胞和星形胶质细胞分化,并且具有减少炎症 细胞形成的作用_ 。 图2 骨髓间充质干细胞在缺氧缺血性脑损伤动物模型中 的作用 笔者采取通过鼻腔内移植BMSC治疗HIBD 模型大鼠的前期研究发现,BMSC移植后第28天, 苏木精一伊红染色的结果提示,BMSC能改善HIBD 模型大鼠脑组织损伤口 。因此,笔者认为,BMSC 在啮齿类动物HIBD模型中,可以促进其脑组织结 构和神经功能的改善,但是BMSC在灵长类动物 HIBD模型中,是否具有保护作用,迄今尚无相关文 献报道。由此可见,BMSC应用于灵长类动物模型 的研究,在未来将是一个重要的研究方向,也将为 BMSC应用于临床治疗HIED奠定基础。 骨髓间充质干细胞治疗缺氧缺血性脑损伤的可 能作用机制 3.1细胞替代 BMSC移植治疗HIBD,可能通过移植的 BMSC替代宿主受损或死亡的神经细胞,进而起到 神经保护作用口 ”]。研究证明,BMSC在体外培养 后经诱导,可分化为神经系细胞,经尾静脉或侧脑室 注射等途径移植至HIBD模型小鼠体内后,BMSC 在小鼠脑内均有不同程度迁移口。 。此外,BMSC 移植至HIBD模型小鼠侧脑室内28 d后发现, PKH一26标记的BMSC广泛分布在HIBD病变区周 围,并表达神经胶质细胞标志物MAP2和神经细胞 标志物NeuN。这说明,BMSC能迁移至HIBD病 变脑组织中,并且可被诱导分化为神经系细胞__ 。 Donega等[。]在HIBD模型大鼠缺氧缺血10 d后, 通过BMSC鼻腔内移植,再采用PKH一26标记 BMSC,可于BMSC移植2 h后,在大鼠大脑HIBD 病变区观察到BMSC,而且移植12 h后,可观察到 大鼠大脑HIBD病变区BMSC数量达到高峰。这 说明,BMSC能迁移到HIBD病变部位。此外,该研 究结果还发现,在BMSC移植3~5 d后,HIBD病 变部位的星形胶质细胞、神经元及神经元前体细胞 标志物表达增加。这说明,BMSC可分化为神经系 细胞。因此,BMSC在HIBD中发挥的保护作用,可 能与其分化为各种神经系细胞,发挥了细胞替代作 用相关。 笔者认为,BMSC具有多向分化潜能,具体分化 为何种类型神经系细胞,可能和脑内微环境、内源性 分化机制等相关。 3.2分泌神经营养因子 文献报道,BMSC能分泌多种神经营养因子,包 括脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophi factor,BDNF),神经生长因子(nerve growth factor,NGF)等,这些神经营养因子可参与多种疾 病的生理和病理过程口。 。在病理状态下,BDNF 有利于修复受损神经元。例如,大脑缺血后,机体可 迅速启动内源性BDNF进行代偿,修复受损神经 元,促进损伤后脑组织功能的恢复_ 。但是,这种 代偿能力是有限的,脑损伤修复的时间长,BDNF自 身分泌代偿的时间短,而且量少,不足以彻底完成受 损神经元自身修复功能的恢复。因此,促进损伤脑 组织BDNF的表达,将是治疗脑损伤的有效方法。 Donega等L 采取BMSC与HIBD模型大鼠脑 组织提取物共培养的研究结果发现,共培养后 BDNF表达增加,由此认为,缺氧缺血的微环境,能 刺激BMSC分泌特殊的神经营养因子,如BDNF, 而促进神经元再生。另外,采用BDNF基因共修饰 后的BMSC治疗HIBD模型小鼠,比BMSC空白载 体的对照组,更能改善HIBD模型小鼠的运动功能, 并减少HIBD病变侧脑白质和灰质的损失面积,促 进神经干细胞的增殖和分化[ 。文献报道,除了分 泌特殊神经营养因子BDNF外,BMSC在HIBD动 物模型中发挥的保护作用,还与促进神经纤维母细 胞生长因子、NGF分泌相关_ 。因此,BMSC在 HIBD动物模型中,可能通过促进分泌多种神经营 养因子起到神经保护的作用。 笔者的前期研究结果发现,通过鼻腔内移植 BMSC治疗HIBD模型大鼠,BMSC移植大鼠皮质 BDNF表达增加,BMSC发挥的神经保护作用可能 与促进BDNF表达相关[1 。因此,笔者认为BMSC 
Chin J Obstet Gynecol Pediatr(Electron Ed),August 2O17,Vo1.13,No.4 分泌多种神经营养因子,如BDNF等,可能是治疗 HIBD的重要机制。 3.5促进新生血管形成 血管再生是HIBD后神经功能重建及修复的重 要因素。新生血管能增加HIBD受损组织的血液灌 流量,提供修复所需的氧分和能量,促进局部的新陈 代谢,有利于脑组织修复。Wei等 胡采取鼻腔内移 植BMSC至HIBD模型大鼠中的研究结果发现, 3.3趋化作用 BMsC迁移至HIBD受损部位,受到诸多因素 的影响,包括BMSC培养代数、培养环境及BMSC 数量、移植方式等_ 。研究结果表明,在干细胞归 巢中,CXc趋化因子及cXC趋化因子受体(CXC chemokine receptor,CXCR)4起着至关重要的作 BMSC移植后,HIBD模型大鼠脑缺血区域局部血 流量增加,而且脑梗死区域周围毛细血管内皮细胞 标志物Glut一1表达,较对照组明显增加。这说明, 用 。van Velthoven等 研究结果显示,CXC 趋化因子及其受体等分子信号,能够使BMSC准确 迁移至HIBD的脑组织损伤部位,并发挥保护作用。 除了CXCR4外,移植BMSC后,脑组织中淋巴细胞 趋化因子(1ymphocyte chemotactc factor,CCL)4,5 与CXC趋化因子配体(CXC chemokine lgand, CXCL)10和Itgb-2的表达亦增加,而且CXCL10 的受体CXCR3的表达,也上调。由此可见,趋化因 子在BMSC归巢至HIBD病变脑组织中起着重要 的作用口 。 笔者认为,在未来研究中,合成和使用外源性趋 化因子,促使BMSC向脑损伤组织归巢,在HIBD 病变部位发挥保护作用。或许这将是提高HIBD患 儿脑损伤治疗效果的重要手段。 3.4调控细胞因子 BMSC通过调控细胞因子,如白细胞介素 (interleukin,IL)一1,一6与7一干扰素(interferon一7, IFN一7)及转化生长因子(transforming growth factor,TGF)一J1的释放,发挥免疫调节作用 ]。 van Velthoven等 4]研究结果显示,BMSC经鼻腔 内移植治疗HIBD模型小鼠,通过下调促炎症细胞 因子IL—lJ3和TGF—l3l表达,发挥抗炎作用,减少神 经细胞凋亡,从而达到神经保护作用。最新研究结 果发现,BMSC经侧脑室移植治疗HIBD模型大鼠, 通过上调细胞因子IL一6的表达,并诱导IL-6/ STAT3信号通路,抑制胶质细胞凋亡,发挥神经保 护作用_引。由此可见,BMSC在HIBD中发挥保护 作用与调控细胞因子相关。目前对于BMSC是上 调促炎症细胞因子,还是下调促炎症细胞因子的相 关研究得出的观点尚不统一。 笔者认为,明显的炎症对神经可塑性有害,但一 定程度和范围内的炎症,可能是BMSC移植对微环 境做出的适应性反应。此外,促炎症细胞因子除了 参与调控机体免疫功能外,还参与调控细胞增殖、分 化及凋亡等多种功能。BMSc根据微环境的不同, 对促炎症细胞因子做出相应的调控,以利于促炎症 细胞因子发挥保护作用。 BMSC能促进缺血周围区域新生血管形成。此外, 其研究结果还表明,BMSC的神经保护作用,与刺激 新生血管形成及重建神经环路密切相关l_ 。 笔者认为,新生儿HIE主要是由于低氧血症和 脑血流灌注障碍所致的脑损伤,BMSC可刺激新生 血管形成,有利于受损脑组织和神经功能的修复、重 建。在未来的研究中,需高度重视和发挥BMSC在 改善血管功能方面的潜能。 总之,BMSC治疗HIBD动物模型可能的分子 机制包括:细胞替代作用、分泌神经营养因子、趋化 作用、调控细胞因子及促进新生血管形成,见图3。 图3 骨髓间充质干细胞治疗缺氧缺血性脑损伤存在的可 能作用机制 骨髓间充质干细胞移植治疗缺氧缺血性脑损伤 存在的问题和应用前景 前期的动物研究结果已证明,BMSC移植可改 善HIBD受损脑组织的神经功能,这为HIE患儿的 治疗开辟了新的途径。但是,要真正将BMSC移植 应用于HIE的临床治疗,仍有一些问题需要解决, 如BMSC移植治疗HIE患儿的适应证,BMSC最 佳移植方式及移植数量,BMSC的具体作用机制, BMSC移植治疗的安全性问题等。因此,对于 BMsC应用于HIE的临床治疗,还需要进行更深入 的研究。 参 考 文 献 [1]Douglas—Escobar M, Weiss MD.Hypoxic—ischemic encephal0pathy: a review for the clnician[J]. J AMA 
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