干细胞移植治疗神经系统疾病的研究和应用的概况.

干细胞移植治疗神经系统疾病的研究和应用的概况在正常人体组织中，每秒约有600万新生的红细胞替代相同数量死亡的红细胞；在胎儿和幼年期等成长阶段，皮肤要扩展，而且，一生中也需要不断的更新；肠粘膜上皮每周需更新一次；在特殊情况下(如损伤)，骨骼肌、肝脏等也可以再生得到补充，所以，机体需要一群具有保持分裂、分化能力的细胞，称为干细胞(Stemcell)。所谓干细胞是一类未成熟、未分化的细胞群，具有再生各种组织细胞，甚至器官的潜在功能，医学界称之为“万用细胞”。

很早以前，人们已经注意到这种细胞的存在，但是一直未引起人们足够的重视。20世纪90年代后期《自然》杂志先后发表了利用成体动物细胞核克隆绵羊“多莉”和克隆鼠的报道，使发育生物学理论有了革命性的突破。特别是1998年Thomson实验室和Shamblott实验室分别成功地建立了人体胚胎干细胞系，在全球掀起了继人类基因组计划之后的又一次生物医学的革命，使干细胞的基础和应用研究受到了世界各国政府和研究者的高度重视，先后被美国《科学》杂志“1998、1999”两年连续评为年度重大科学进展，2001年被列入当今六大热门科技研究领域之一。因为干细胞具有非常广泛的应用前景，如在组织工程、药物筛选及临床细胞移植治疗糖尿病、血液病、神经退行性疾病等均具有极大的应用价值。现就干细胞移植治疗神经系统疾病的研究和应用概况简述如下。

一、神经干细胞的存在---神经再生的源泉

既往发生生物学观点认为，哺乳动物及人的脑细胞一旦发育成熟，神经细胞便不再增殖、分化，一经受损就永远不能再生。但研究发现，在发育期胚胎和成年哺乳类动物的中枢神经系统都存在可自我更新和多向分化的神经干细胞或神经前体细胞。1992年，Reynolds等首次用Neurosphere 法成功地从成年小鼠纹状体分离出神经干细胞，这种细胞不但具有自我更新、增殖能力，还可分化为神经系统大部分类型细胞，对损伤和疾病具有反应能力。另外，在正常成年大鼠的纹状体、海马、皮层和室管膜下层也都证实神经干细胞存在。迄今为止，人们已成功地从胚胎或成年动物的室管膜下层、纹状体、海马、小脑及脊髓等部位分离和培养出该种多潜能神经干细胞，该类细胞不但自我修复、增殖，还可分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。在成年人脑中，神经干细胞主要

存在于环绕侧脑室的室管膜下层和海马。

二、客观实验---干细胞移植恢复神经的功能

2005年美国科学家的报告说，他们将人类神经干细胞植入脊髓受损伤的瘫痪实验鼠体内，结果成功修复了实验鼠的脊髓组织，并使它们改善了行动能力。

加州大学欧文分校研究人员在新一期美国《国家科学院学报》上发表论文说，此前的研究已证实胚胎干细胞能修复受损的神经组织，而这一最新成果证明，属于成体干细胞的神经干细胞也具有同样的功能。研究人员发现，脊髓受损的实验鼠在注射人类神经干细胞之后９天，行走能力就得到改善。作为对照，另一组实验鼠没有接受注射，而第三组实验鼠注射了人类纤维原细胞，结果都没有出现好转。

在进一步的实验中，脊髓严重受损而部分瘫痪的实验鼠在接受人类神经干细胞注射后，已能依靠后肢爬行，而且后肢运动比较协调，而对照实验鼠没有类似的改善。接受人类神经干细胞移植的实验鼠，运动机能的改善至少持续了４个月。但是，当研究人员为实验鼠注射只杀死人类细胞的白喉毒素后，它们马上又回到部分瘫痪状态，这表明是人类神经细胞治好了它们的伤病。

对实验鼠的解剖显示，人类神经干细胞移植到它们体内后，分化成了少突胶质细胞和新的神经元细胞。其中新生的神经元细胞提高了实验鼠受损的神经元细胞之间的“通信联系”；而少突胶质细胞分泌髓磷脂，髓磷脂是神经纤维表面的髓鞘的组成物质。髓鞘不仅能像电线塑料皮一样保护“神经电线”不致短路，同时还能加速神经信号的传导。一些神经系统疾病，如多发性硬化症就是由于髓鞘缺失导致的。髓磷脂的分泌改善了脊髓受损实验鼠神经纤维间的绝缘性，使神经纤维中的生物电不“乱窜”，提高了实验鼠的运动协调能力。

进行研究的加州大学欧文分校教授艾琳·安德森等人说，这一成果表明，神经干细胞能在治疗脊髓损伤等中枢神经疾患中发挥恰当的作用，分化成机体最需要的细胞类型。另外它不是使用人类胚

胎干细胞而是用没有分化成特定细胞类型的神经细胞。这是治疗人类神经损伤与疾病的又一新干细胞疗法。

三、中枢神经系统退行性疾病及损伤的细胞移植治疗应用研究

帕金森病、亨廷顿病和早老性痴呆等中枢神经系统退行性疾病均表现不同程度的特定神经细胞退行性死亡或丢失，导致重要神经递质、蛋白质因子或重要结构的匮乏。干细胞具有较强的增殖能力和多向分化潜能，因此为该类疾病治疗提供了新的思路，即干细胞的移植治疗。研究证实将人神经干细胞静脉注入患病大鼠体内，人神经干细胞可迁移到纹状体损伤区，纹状体萎缩明显减轻，亨廷顿病大鼠功能恢复。神经干细胞不仅可修复神经元的缺失，还可修复损伤的神经胶质细胞，将克隆的成人神经前体细胞植入脱髓鞘损伤的小鼠脊髓内，发现神经前体细胞可分化为少突胶质细胞和雪旺细胞，形成与髓鞘十分相似的结构，基本恢复了神经冲动的传导功能。

中枢神经系统损伤后的再生修复问题一直是神经科学领域关注的重点。中枢神经系统受损后，由于损伤神经元周围适宜生长的局部微环境的缺乏、继发性胶质增生和疤痕形成等因素，受损神经元很难再生。随着神经干细胞研究不断深入，人们尝试利用神经干细胞治疗神经系统损伤。通过诱导中枢神经系统的原位干细胞增殖、迁移和分化进行受损神经元修复，如通过激活内源性神经干细胞可修复前脑缺血性损伤。对于脊髓损伤因成人脊髓神经干细胞增殖、分化能力严格受限，该治疗策略却不能有效实施，从胚胎小鼠脊髓分离神经干细胞，在体外增殖后植入成年小鼠脊髓挫伤的损伤区，发现在神经干细胞植入脊髓的非神经区有神经元发生和突触结构形成，治疗小鼠运动功能恢复；新近研究，用灵长类动物狨猴进行中枢神经系统损伤的神经干细胞移植治疗实验，其治疗效果同样明显，因此，神经干细胞的移植治疗拓宽了人类中枢神经系统损伤及脊髓功能障碍的治疗前景。另外，最近研究还发现，在中枢神经系统炎性疾病的发病过程中，内源性及外源性神经干细胞都可起到延缓和治疗作用。临床应用上已取得非常明显的治疗效果，病人不但病情得到缓解，甚至恢复到正常的生活水平状态。

四、脐血干细胞与神经细胞---干细胞移植治疗神经系统疾病成为现实

脐血是胎儿出生时脐带内及胎盘近胎儿侧血管内血液，是胎儿血液循环的一部分。研究表明，脐血干/祖细胞含量丰富，是造血和神经等多种干/祖细胞的丰富来源。

按个体发育过程中所处的不同阶段，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞是一种具有发育全能性的细胞，可在未分化状态下无限增殖。与之相比，成体干细胞分化潜能相对受限，多数成体干细胞只能分化为其起源组织的成熟细胞，增殖能力也较差。脐血作为胎儿血液循环的一部分，既具有较为原始、多分化潜能和较强增殖能力的优点，又无形成畸胎瘤的危险，已成为组织工程和细胞移植的理想选择。

按分化潜能的大小，干细胞可分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞三类。在脐血细胞中造血和神经干细胞标志的共表达以及间充质干细胞的存在说明脐血中含有多能干细胞。多能干细胞的存在为脐血在造血、血管、神经等多系统疾病中的应用奠定了基础。

中枢神经系统损伤后的自身修复能力是相当有限的，因此细胞移植替代治疗成为近年来神经科学领域研究的焦点之一。目前研究较广泛的中枢神经系统移植物主要是胚胎干细胞和神经干细胞。但因来源有限、伦理障碍及免疫排斥等问题，这些细胞的实用性受到极大限制。近来研究表明，骨髓间充质干细胞具有分化为神经元和神经胶质细胞的能力。但是，骨髓源细胞有较高的病毒感染危险，且随着年龄增长其细胞数量和增殖、分化能力也显著下降，较难满足临床需求。

脐血具有来源丰富、采集方便且无伦理学问题等优点，其中不但含有丰富的造血干细胞，而且还含有可向多种组织分化的多潜能干细胞，是合适的细胞进行移植以代替受损的神经细胞修复神经损伤。在特定的诱导条件下，脐血干细胞能够出现类似神经细胞样的形态学变化，并表达不同神经发育标志以及电生理特征：在动物体内实验中，脐带血细胞能定向迁移至受损神经组织并植活，改善神经损伤后遗症。脐血干细胞为一种有效的细胞资源，应用于人类中枢神经系统疾病的细胞替代治疗以及神经保护与支持。