神经外科

碱性成纤维细胞生长因子修饰骨髓间充质干细胞后对脑出血后神经功能影响的研究进展

作者:佚名 来源:MedSci梅斯 日期:2021-08-14
导读

         脑出血(intracerebralhemorrhage,ICH)是由脑内血管破裂引起的,是最严重的脑血管疾病之一,常导致成人的高死亡率和致残率,因此仍然是公共卫生问题。脑出血的发病机制和病理生理过程复杂,脑出血后组织的损伤,缺血缺氧,自由基的形成、血肿周边的神经元变性、坏死、凋亡均可直接导致神经网络的完整性受损和突触联系中断,从而出现各类神经功能废损。 近年来,干细胞替代疗法被视为一种新兴的治疗

        脑出血(intracerebralhemorrhage,ICH)是由脑内血管破裂引起的,是最严重的脑血管疾病之一,常导致成人的高死亡率和致残率,因此仍然是公共卫生问题。脑出血的发病机制和病理生理过程复杂,脑出血后组织的损伤,缺血缺氧,自由基的形成、血肿周边的神经元变性、坏死、凋亡均可直接导致神经网络的完整性受损和突触联系中断,从而出现各类神经功能废损。

        近年来,干细胞替代疗法被视为一种新兴的治疗策略,大概策略主要有两种:一种是激活内源性神经干细胞进行治疗;另一种是移植外源性干细胞进行治疗。不管是内源性神经干细胞激活还是外源性干细胞移植,都可以在损伤区域,分化为新的神经元、胶质细胞等,从而达到促进神经功能恢复的治疗目的。

        骨髓间充质干细胞(bonemesenchymalstemcells,BMSCs)是外源性干细胞之一,能够定向分化为神经元和神经胶质细胞从而促进脑出血后神经功能的恢复。碱性成纤维细胞生长因子(basicfibroblastgrowthfactor,bFGF)是一种神经营养因子,已被证实对骨髓间充质干细胞的分化等具有促进作用。本文就碱性成纤维细胞生长因子修饰后的骨髓间充质干细胞对自发性脑出血神经功能影响的研究进展做一综述,为脑出血的治疗提供更多的参考。

1.脑出血的病理发展过程和神经发生

        脑出血通常是由脑内血管破裂引起,脑出血后的病理反应主要分为:①初始组织损伤和炎症因子的局部激活;②炎症驱动的血脑屏障破坏;③循环炎症细胞的募集以及随后的继发免疫病理学;④参与促进组织修复和神经功能恢复的组织修复反应。

        而脑出血后的原发性脑损伤主要在于血肿对局部脑组织产生的机械压力以及潜在的血肿扩大后导致局部脑组织发生细胞毒性水肿和坏死,而继发性损伤主要是由血液成分进入脑组织以及受伤的脑细胞引起的,这些脑细胞触发多种有害机制,继而加剧氧化应激,炎症途径,血脑屏障破坏和血管性水肿。

        原发性脑损伤已不可避免,因此控制和改善继发性脑损伤成为了目前的研究热点。有研究表明,在脑出血后脑组织会产生新的神经细胞从而在一定程度上改善受损的神经功能,但是新生的神经细胞数量非常有限难以达到理想的效果。而脑组织中存在的神经干细胞可以分化为神经元,多存在于大脑的室管膜下区(subventricularzone,SVZ)和海马齿状回(hippocampaldentategyrus,HDG)。

        目前对于内源性神经干细胞和脑出血的研究多在于激活内源性神经干细胞,或者移植外源性间充质干细胞分化为神经干细胞,然后进一步增殖分化为神经元和神经胶质细胞从而增加脑出血后神经细胞增殖的数量来达到更好的神经功能恢复效果。

 

2.骨髓间充质干细胞

        2.1 骨髓间充质干细胞概述

        骨髓间充质干细胞(bonemesenchymalstemcells,BMSCs)是多能祖细胞,据报道具有潜力分化成骨骼,软骨,肌肉和脂肪等组织。随着干细胞替代治疗策略的兴起,作为干细胞来源之一的BMSCs拥有能够在体外大量扩增、可获得性(自体或异体来源)和体外诱导的多分化性等优势,有助于促进神经功能的重建和恢复,而且被证实能够定向分化为神经元和神经胶质细胞。

        BMSCs除了具有上述特点外,还具有移植后能与受体脑细胞结合并长期存活,易于获得、体外培养、传代、增殖,不存在伦理学问题以及低免疫原性等优势,也因此被视作干细胞替代疗法的理想的种子细胞。

        2.2 骨髓间充质干细胞在脑出血中的应用

        由于BMSCs可以在适当条件下分化为神经干细胞并且进一步增殖、分化为神经元,因此对于BMSCs移植治疗脑出血的研究已广泛开展。Cui等尝试将BMSCs植入到ICH模型大鼠的脑内,并在移植后对大鼠的神经功能进行评分,发现移植入BMSCs的大鼠较空白组大鼠肢体功能恢复的好,神经功能也得到了相应的改善,由此证实BMSCs移植入脑后能改善脑出血动物的神经功能且能够激活轴突再生;而在另外一组研究中,科研人员发现,将BMSCs移植入脑出血大鼠模型中,可以显著降低脑出血后IL-1β,肿瘤坏死因子-α的表达水平,从而减轻脑出血后的炎症,对神经功能具有保护性作用,且在一定程度上逆转了脑出血后的继发性脑损伤;Wang等的实验则证实了BMSCs移植入脑可以恢复自发性脑出血诱导的血脑屏障破坏,从而增强神经功能的恢复。

        本文通过回顾相关文献,归纳目前BMSCs移植治疗脑出血的主要机制可能有以下几点:①BMSCs有一定的“归巢”能力,可以选择性的迁移到受损的部位;②BMSCs的转分化机制,可以代替损坏的细胞,产生生长因子以及免疫调节等,此外还可以抑制胶质细胞的激活以减轻脑出血后的炎性细胞因子的释放;③BMSCs可促进内源性神经细胞增生,进而引起神经功能恢复。

3.碱性成纤维细胞生长因子

        3.1 碱性成纤维细胞生长因子概述

        碱性成纤维细胞生长因子(basicfibroblastgrowthfactor,bFGF)是干细胞领域的一种生长因子和分化诱导剂,其生物学作用主要有:神经保护,诱导新生血管生成,促进有丝分裂,抑制凋亡等,是成纤维细胞因子家族的成员。

        bFGF在胚胎和成人中枢及周围神经系统中表达,维持神经细胞和胶质细胞的存活,促进交感神经和副交感神经轴突的生长,促进受损神经的修复和神经突触的生长。此外,bFGF能够诱导肾上腺嗜酸性细胞瘤细胞s-12分化,延长人神经祖细胞神经再生和神经分化,因此bFGF被认为是一种重要的生长因子。

        目前干细胞无血清培养时,大多需要bFGF存在才能生长良好。近年来已经有多个研究小组针对bFGF脑室内注射后对不同实验动物生理或病理状态下的内源性神经再生的调控进行研究。在Zhang等的研究中,表达bFGF的神经干细胞可以更好的增殖、迁移并向神经元分化,从而改善了脑缺血大鼠神经功能的恢复。

        Lin等研究则发现,在脑缺血大鼠模型中,经鼻内注入bFGF,显著减少了脑组织损伤后的坏死、核固缩以及核碎裂等,以及多形核白细胞和巨噬细胞的浸润,从而达到对脑损伤的神经保护作用。

        3.2 碱性成纤维细胞生长因子对骨髓间充质干细胞的修饰作用

        目前已有很多研究结果表明bFGF对内源性神经再生有促进作用,且已被证实对BMSCs的增殖、迁移、分化也具有促进作用。而bFGF作为一种有效的促分裂原,可以刺激各种干细胞类型的迁移,增殖和分化,对于BMSCs来说,bFGF可以通过激活Akt/蛋白激酶B途径增加BMSCs的迁移活性,从而使BMSCs经bFGF转染后有了更强的活力以及更强的抗细胞凋亡特性。

        李学东等实验结果显示,成纤维细胞生长因子可以有效的转染入骨髓间充质干细胞,并且能成功在骨髓间充质干细胞中表达,骨髓间充质干细胞经成纤维细胞生长因子基因修饰后能更好的表达与受损脑组织中,较单纯移植的骨髓间充质干细胞能更好的发挥促进功能恢复的作用。

        同时,在Liu等的研究中将bFGF修饰后的BMSCs移植入脑外伤大鼠脑内,发现移植组大鼠神经功能的恢复相较于阴性对照组大鼠的好。由此说明bFGF修饰的BMSCs可以促进脑外伤大鼠神经功能的恢复,并且在bFGF的修饰下可以放大BMSCs对受损神经功能恢复的效果。

4.小结及展望

        脑出血作为脑卒中最为危险的亚型,对患者的伤害极其严重,而目前针对脑出血的治疗,传统的外科手术或者药物治疗等手段并不能达到较好的效果,出院后仍会导致残疾或死亡,究其原因还是神经细胞再生极其困难。

        作为干细胞来源之一的BMSCs,有着其特有的优势,可作为干细胞替代疗法的理想的种子细胞。bFGF对BMSCs的增殖、分化等具有促进作用,而经bFGF修饰后的BMSCs在受损脑组织中相较于单纯移植BMSCs有更好的表达。

        目前国内外BMSCs的研究多见于培养和分化等基础研究,而关于疾病治疗方面,在骨疾病、神经系统缺血性疾病或者功能性疾病中研究较多,罕见对脑出血的报道,尤其少见bFGF修饰BMSCs治疗脑出血的研究,因此bFGF是如何使内源性神经干细胞和运动神经元间相互作用的,以及脑损伤时内源性神经干细胞增殖、分化的机制仍不明确,还有待进一步深入研究。

        来源:朱业淘,刘阳,王童.碱性成纤维细胞生长因子修饰骨髓间充质干细胞后对脑出血后神经功能影响的研究进展[J].中国医药科学,2021,11(06):38-41.

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