文摘
脊髓损伤导致虚弱的正常组织内稳态最终导致瘫痪。直到现在没有合适的治疗脊髓损伤的治疗。最近,细胞疗法在动物脊髓损伤模型已经显示出复苏的一些进展。目前,临床试验正在进展评估的有效性细胞移植治疗脊髓损伤。不同类型的细胞,如神经细胞,多能干细胞衍生间充质基质细胞,神经干细胞,神经胶质细胞被测试在不同的脊髓损伤模型。本文我们重点领域的进步和腔隙讨论脊髓损伤的流行病学、病理生理学、分子机制和各种细胞疗法策略用于临床前和临床损伤模型,最后我们讨论的局限性和伦理问题参与细胞疗法治疗脊髓损伤的方法。
1。介绍
脊髓损伤(SCI)是一种严重的使人衰弱的疾病,导致完全或部分丧失运动和感觉神经功能由于机械损伤的脊髓1]。发病率的整体分析报告表明,患有脊髓损伤程度可能大约每百万保理从8到83例考虑多样性在地理和社会经济和政治条件2- - - - - -4]。脊髓损伤大致可分为两组:创伤和nontraumatic3]。创伤性脊髓损伤的结果挫伤、压缩和拉伸的脊髓5]。创伤相关的损伤是最常见的SCI病例中主要涉及道路交通事故,特别是在案件的群15 - 29岁之间的年轻人和意外摔倒的老年人(> 65岁)(6,7]。Nontraumatic相关损伤主要由椎脊椎病、肿瘤压迫,血管缺血,先天性和脊髓炎症性疾病(8]。几种不同的治疗策略,如药物干预(甾族的/非甾体类),生长因子,细胞代谢产物(营地/ gtpase),小分子,细胞外基质,细胞治疗涉及多能干细胞/间充质干细胞(msc) /神经祖细胞(npc / nsc)被测试成功治疗(9]。顺便说一句,存在各种各样的治疗策略缓解症状/并发症但没有适当的治疗可以完全治愈脊髓损伤。
2。生理由于脊髓损伤并发症
脊髓损伤后的病理生理阶段可以分为初级和中级阶段(10,11]。目前阶段的初级阶段是差在脊髓结构由于机械部队。脊髓损伤时可能受到hyperbending,拉伸,扭曲或裂伤(12]。纠纷,在二级阶段直接损伤的程度成正比的主要阶段。第二阶段可依次分为三个不同的子阶段,如急性期(2小时2天),亚急性阶段(天周),和慢性阶段(月年)(13- - - - - -15]。炎性反应由脊髓创伤后复杂的细胞和分子相互作用形成二次损伤的核心阶段。急性期表现为水肿、缺血出血,活性氧(ROS)生产、脂质过氧化反应,谷氨酸介导的会,离子失调,blood-spinal绳屏障渗透,炎症,髓鞘脱失,神经细胞死亡和神经性休克。亚急性阶段是由小胶质细胞的激活和招聘、星形胶质细胞、单核细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、巨噬细胞浸润,疤痕形成,发起新血管形成。慢性阶段表现出神经细胞凋亡、收缩和轴突的髓鞘脱失,感觉运动功能丧失,沃勒变性,神经胶质疤痕成熟,囊肿和鸣管形成,空泡形成,Schwannosis [16,17)(图1)。亚急性期后脊髓损伤治疗干预提供了最佳的时间框架(18]。
3所示。脊髓损伤的分子机制
脊髓损伤的创伤导致不可逆转的、递进的变性的神经组织。脊髓损伤后,急性和慢性阶段都伴随着各种分子变化导致炎症,生化体内平衡,损失和退化的神经纤维细丝,较高的活性氧(活性氧)水平和细胞凋亡1]。在脊髓损伤的发生各种损伤基因被激活。基于以前的荟萃分析报告,这些基因大致可分为早期和晚期损伤基因(差别取决于阶段的激活或对这些1]。第一个24 - 48小时是指早期损伤阶段和晚期阶段代表损伤后1周。分子级联后脊髓损伤导致基因的激活炎症通路、细胞凋亡、细胞周期和氧化应激的差别,对这些基因参与能量代谢、脂质代谢、神经传递、细胞骨架(1]。炎症反应是一个复杂的过程。它大致可分为急性和慢性炎症。脊髓损伤后,促炎细胞因子如白细胞介素6、TNFα,摘要意思β被激活和表达多种的90年,91年]。细胞凋亡是指程序性细胞死亡。由于脊髓损伤,它已经发现有显著增加等proapoptotic基因不好,伯灵顿,p53, AFAP1,半胱天冬酶3,和半胱天冬酶9,在早期阶段的损伤和凋亡显著减少Bag1和Bcl2基因在后期阶段的损伤(90年,92年,93年]。脊髓损伤后存在高度相关的细胞周期基因增殖细胞核抗原,如细胞周期蛋白D1,到,细胞周期蛋白G, Rb, E2F5,原癌基因,Gadd45a可能支持神经细胞死亡(94年]。此外,报告显示,脊髓损伤导致的氧化还原平衡组织导致增加活性氧(ROS)水平和氧化应激。因此,upregulation Hspb1 [90年]和Hspa4 [95年观察)基因在调节氧化应激损伤的早期阶段。脂质代谢一般包括脂肪生成和脂肪酸氧化。应保持组织内稳态。在稍后阶段受伤的是观察到的基因参与脂质等生物合成所需Gpd1和Alox12 lipooxygenase有效表达下调(92年]。最重要的是,基因在神经兴奋如Kcnh2 / k1 / c1, Scn1a / 8 a, Gria3, Grm3,神经传递相关基因如Gabra5 / b1,突触相关的基因,如Slc6a1和维护等电化学梯度所需基因Atp1a3和Atp2a1 / b2发现明显下调在脊髓损伤的早期和晚期阶段(95年,96年]。也cytoskeleton-scaffolding蛋白质像Nef1维护所需的轴突细胞骨架和Map2参与微管装配尤其是表达下调(95年]。
4所示。细胞疗法
目前,没有适当的治疗是有限的治疗干预措施和有效的治疗脊髓损伤,但最近的初步研究表明,细胞疗法可能会有所帮助。对于有效的功能恢复,移植细胞减少炎症反应,抑制神经细胞凋亡/坏死,促进神经再生,促进轴突再生和remyelination97年]。细胞移植增加脊髓损伤后的神经再生通过旁分泌因子的分泌,充当支架的轴突再生和替换丢失的神经元或神经祖细胞(98年]。基于细胞的选择用于移植,细胞基于治疗可以大致分为多能干细胞、胚胎干细胞、祖细胞和分化细胞。此外,细胞可以转基因提高治疗功能的细胞。各种基因治疗方法治疗脊髓损伤已报告。一些显著的基因过表达包括转录因子(Ngn2),神经营养因子(BDNF, NT3 GDNF,和MNTS1),生长因子(bFGF, HGF)受体酪氨酸激酶(TrKC)和细胞粘附分子(L1CAM)(表7)。
5。动物模型和临床前和临床前研究
各种类型的动物模型如老鼠,老鼠,狗,和非人灵长类动物,如狨猴,被用来进行临床前研究。最近的评论系统的动物研究的荟萃分析后指出,干细胞疗法可能为治疗脊髓损伤(提供一些希望99年]。多能干细胞的胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能干细胞(万能)是细胞的类型,它们拥有的能力产生的所有三个胚芽层(One hundred.,101年]。最近的研究表明,多能干细胞单独或结合其他细胞类型可能帮助增加脊髓损伤(表的复苏1)。Bottai等人受伤后立刻直接将制移植到损伤,观察到移植小鼠显著功能BBB评分(19]。然而,存在重大风险的畸胎瘤形成移植未分化的多能细胞(102年]。因此,多能干细胞分化成神经祖细胞,运动神经元、少突细胞祖细胞,嗅鞘细胞在体外之前在活的有机体内移植。Kumagai ESCs派生neurospheres等人观察到移植的小鼠模型增加了脊髓损伤后的功能恢复(21]。的帮助下改进的神经元分化协议藤本等人表明,移植的hiPSCs派生的神经上皮细胞导致轴突再生和改善remyelination [22]。冈野的实验室已经表明,人类则派生的神经细胞促进脊髓损伤后功能恢复使用非人类灵长类动物的绒猴模型(23]。移植增强增加轴突再生,髓鞘形成,血管生成完整的缺乏畸胎瘤。松田等人的一个有趣的研究已经表明,c-transplantation ESCs msc导致没有畸胎瘤的形成(20.]。有人建议,msc可能推动ESCs的未分化的神经细胞谱系通过释放神经营养因子的中介。此外,透光数据显示神经细胞粘附分子L1据报道,促进生存和轴突生长(103年)(表7)。移植的L1表达公司的分化成神经元显著提高运动机能和增加细胞生存24]。Neurogenin 2 (Ngn2)是一种转录因子参与中枢神经系统开发(104年]。Ngn2表达明显分化为神经细胞的运动功能恢复SCI大鼠模型(25]。组合治疗为其派生的神经细胞嵌入与胶原蛋白支架提升运动的复苏和延长移植物的存活26]。Niapour等人结合为其派生的神经祖细胞和雪旺细胞(SCs)营救SCI大鼠挫伤模型和观察到显著改善运动功能改善(27]。运动神经元的祖细胞(mpc) [28和少突细胞祖细胞(信息公开化29日- - - - - -31日)来自为其已经成功移植到SCI大鼠模型,导致显著改善功能神经再生和减少急性炎症。有效的促进功能恢复和轴突remyelination观察移植为其派生的mpc连同信息公开化(32(近年)[]和嗅鞘细胞33]。金等人报道改进机械敏感性大鼠SCI半切术模型移植后制肉瘤gaba ergic神经元(34]。
间充质基质细胞(msc)是一种展览中胚层干细胞可塑性引起细胞从所有三个胚芽层下在体外条件。的可用性(105年,快速扩张106年),低温贮藏107年),和微妙的免疫并发症使细胞细胞治疗的理想候选人(108年,109年]。以往的临床前研究表明,利用msc治疗脊髓损伤导致减少髓鞘脱失,neuroinhibitory分子的抑制,促进轴突再生(110年)(表2)。移植的骨髓msc (BMMSCs)来自老鼠在SCI大鼠模型显示轻微改善神经再生与炎症反应的重要运动功能恢复和衰减(被发现35- - - - - -42]。类似的观察记录小鼠BMMSCs移植到脊髓损伤后小鼠模型(111年]。注入人类BMMSCs [44,45]和人类UCMSCs [46]在SCI动物模型有效地促进脊髓损伤后的功能恢复。分化的大鼠(47,48,狗49),和人类msc (112年]成神经细胞移植前显示显著增强神经再生和运动功能恢复,减少炎症细胞。Cotransplantation r-BMMSCs [77年]和h-BMMSCs [113年)与雪旺细胞(SCs) SCI大鼠模型导致轴突remyelination增加和运动机能和减少疤痕形成。移植的转基因表达生长因子如bFGF msc (51),生成3 (NT3) (52,53)已被证明改善神经功能。肝细胞生长因子(HGF)是一种由msc分泌的旁分泌因子。形态形成的因素,有助于生长和存活的细胞(114年]。一个特定的研究已观察到移植人BMMSCs表达HGF在老鼠半切术SCI模型减少了胶质疤痕形成抑制星形胶质细胞的激活和改善前掌的功能恢复54]。脑源性神经营养因子(BDNF)是一种神经营养因子编码的BDNF基因。它可以提高神经再生功能的皮质脊髓的跟踪(115年]。嫁接hBMMSCs表达BDNF在老鼠SCI模型有助于恢复运动的函数(55]。胶质细胞系衍生神经营养因子(GDNF)是一种分泌蛋白,GDNF基因。GDNF对神经肌肉的正常发展是必要的116年]。此外,它已被证明有助于运动神经元的生存(117年]。评估老鼠SCI移植rBMMSCs表达GDNF表示中度神经再生(56]。MNTS1 multineurotrophin,绑定和autophosphorylates Trk受体酪氨酸激酶(TrkA / TrkB / TrKC)和我生成受体(我正常)关系118年]。Kumagai等人观察到移植rBMMSCs表达MNTS1导致抑制炎症反应,降低空腔大小,和改进的神经元再生(57]。载重汽车的家庭(119年)和我正常(关系120年)被广泛与神经元生存有关。改善功能移植后观察电动机复苏rBMMSCs表达TrkC蛋白质在SCI大鼠模型(58]。
神经祖细胞的存在(npc)是首次发现,孤立,而且培养从subventrical带鼠标121年,122年]。这些npc有能力分化成神经元,星形胶质细胞,少突胶质细胞在体外和在活的有机体内条件。多种研究表明,移植的npc来源于胎儿来源(人/鼠/老鼠)SCI模型导致了有效的再生神经结构和功能恢复和减少炎症反应(59- - - - - -63年)(表3)。基等人观察到人类neurospheres获得脊髓组织促进移植到大鼠脊髓损伤后神经再生(64年]。npc的分化少突细胞祖细胞(信息公开化)显示显著提高轴突remyelination更好的运动和感觉恢复(112年]。进一步组合与近年研究表明cotransplantation的npc促进功能恢复(66年]。黄等人报道,移植Olig2表达npc增强了运动的复苏与髓鞘形成的增加和减少病变腔(65年]。转基因nsc TrkC基因表达以及明胶海绵支架与NT3播种在弥合了受伤的网站,促进轴突再生,促进局部运动的功能恢复(67年]。
嗅鞘细胞(近年)是一种神经胶质细胞,发现pn和中枢神经系统(123年)(表4)。Tharion的实验室(70年)和其他(68年,69年,71年]表明,移植大鼠近年和鼠标近年SCI模型已经显示出令人满意的过程在功能恢复和神经组织修复。Cotransplantation近年的运动神经元(33)取得了重大进展在再生能力显示协同效应相比,结果从近年的移植msc (72年]。NT3表达近年注入老鼠SCI损伤导致神经刺激和更长的生存的贪污显著增加运动功能恢复(73年]。
雪旺细胞是神经胶质细胞的类型与轴突的髓鞘形成相关结构。SCI后,雪旺细胞移植已经观察到导致轴突再生和remyelination [124年)(表5)。这些细胞进一步分泌神经营养因子,如神经生长因子(神经生长因子),脑源性神经营养因子(BDNF),和纤毛的神经营养因子(据),主要包括层粘连蛋白和胶原蛋白、细胞外基质蛋白质和移植细胞粘附分子蛋白N-cadherins, N-CAM, L1, contactins [124年- - - - - -126年]。移植的SCs SCI病变显示增加神经功能再生能力以及提高轴突髓鞘形成(74年- - - - - -76年]。此外,cotransplantation msc (77年,78年和国家安全委员会79年]随着SCs被证明能减少疤痕形成和恢复神经功能的潜力。
6。临床试验
临床细胞移植研究的成功水平导致推断类似的临床治疗策略水平(表6,图2)。2009年,Geron公司是第一个得到FDA的批准启动临床移植的ESCs派生信息公开化(GRNOPC1)在脊髓损伤患者(17]。第一阶段临床试验数据没有显示任何改善治疗的潜力。然而,至今没有报道逆境后移植。2011年,Geron突然结束了临床试验援引金融限制。然而,研究起始为起居以下干细胞研究铺平了道路。与ESCs /衍生细胞的细胞则不同,其他类型的细胞,如msc、nsc / npc,近年,SCs表现出更高的安全标准。在移植研究涉及171名患者,黄et al ., 2003年,报道嗅鞘细胞移植后功能恢复(80年]。进一步,在2005年,康等人的研究表明,从人类脐带血移植msc到37岁的脊髓损伤病人导致功能恢复(81年]。Cotransplantation脐带派生的msc (UCMSCs)和CD34 +肝星状细胞(UCHSCs) 29岁美国脊髓损伤学会L1 SCI(亚洲)规模类型病人导致指出恢复肌肉,碗,和性功能82年]。没有报道逆境在研究和亚洲规模减少输入d Kishk等人的批评研究包括64名患者自体鞘内移植后观察进展有限BMMSCs [83年]。亚洲范围内的患者评级从A型,b型但是有些病人表现出了并发症,如细胞诱导痉挛状态,神经性疼痛,脑脊髓炎的发展。Bhanot等人报道,13日自体msc SCI患者的移植(亚洲规模类型)的损伤导致了2例感觉功能恢复和运动功能恢复在只有一个病人84年]。在类似的研究涉及10 SCI患者,移植自体BMMSCs显示显著改善运动、感觉功能恢复6例(86年]。此外,MRI研究表明神经发生和减少腔大小,和电生理分析表明改进的功能潜力。没有报道的并发症。Karamouzian等人表明,移植自体BMMSCs通过腰椎穿刺脑脊液中11 SCI患者导致边缘型5患者的功能恢复(85年]。在涉及雪旺细胞(SCs)的一项研究中,萨贝里等人报道,移植自体SCs成4 SCI患者导致边际功能改善,只有一个病人(87年]。在任何的病人没有并发症的报道。在后续研究中涉及33个患者中,16个病人亚洲规模类型和17个亚洲规模B型患者,移植后SCs, 6例膀胱和碗显示进展控制(88年]。一些患者表现出功能恢复,这并不是很重要。在另一项研究中,周等人描述的注射自体SCs 6 SCI患者导致温和改善所有的治疗患者的解剖,电机,和感官功能后随访5年(89年]。
7所示。限制和伦理问题
虽然各种策略用于脊髓损伤的治疗,直到现在没有合适的安全有效的治疗脊髓损伤患者(17]。虽然细胞为基础的干预措施举行一个盛大的承诺治疗脊髓损伤,在它的初期阶段;仍然需要很多多中心的研究从一个临床治疗方案有变化到另一个地方。进一步的问题类型的细胞,移植的,用量,正常细胞的数量没有标准化。管理损伤和再生的机制不正确理解。有非常有限的临床前和临床研究报道。由于可怜的规定,有很多不道德的行为与干细胞移植有关。2003年移植研究报道黄光裕等人用怀疑的态度接受和伦理问题127年- - - - - -129年]。仍有很多研究已经在进行临床前的水平,其中包括使用小动物模型筛选(大鼠和小鼠),大型动物模型(猫、狗、兔子和灵长类动物),和临床水平优化各种参数,直到它成为标准治疗(130年]。移植后肿瘤发展的倾向明显高于多能干细胞衍生的神经细胞。移植为其派生的npc SCID小鼠的脊髓已被证明导致畸胎瘤(131年]。因此多能干细胞衍生的神经细胞来源的移植前必须进行严格的选择。
8。结论
目前,很少有地方脊髓损伤注册表。因此维护脊髓损伤注册表必须被提升为了妥善照顾和评价脊髓损伤患者。目前,没有合适的治疗科学治疗。当前的临床前和临床数据表明,细胞疗法可能未来再生医学应用的关键。有很多动物模型和临床数据不完全评价主要对彻底的混乱。脊髓损伤的研究人员沟通,协调,开展多中心临床试验,以生成一些完整的意义共识对细胞治疗领域的脊髓损伤。此外,细胞治疗可以结合基因改造或小分子作为一个组合方法提供治疗。我们当前的目标应该是恢复一些功能恢复和神经再生。我们不能指望受伤的人起床,开始行走。仍然有很多的问题类型的细胞,移植细胞的数量、地区必须回答。 At present, it is difficult to ascertain the fate of the cells. Further,在活的有机体内跟踪技术的细胞正处于刚刚起步的阶段。因此,发展在活的有机体内跟踪必须受到应有的重要性。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者要感谢泰米尔Vanan帮助下载复制所有的研究文章。他们感谢美国生物技术(印度生物技术部),印度为Ramalingaswami奖学金和研究支持格兰特(印度生物技术部批准号BT / PR8527桑杰库马尔/地中海/ 31/234/2013)。