嗅鞘细胞移植的应用基础研究进展

包建玲   黄红云

北京市虹天济神经科学研究院

泰山医学院神经科学研究所

摘要  嗅神经系统是一种能终身替代修复的独特神经结构。嗅神经可以穿越胶质界膜最终进入中枢神经系统，这种能力归因于嗅鞘细胞。嗅鞘细胞移植治疗中枢神经系统疾病具有广阔前景。本文就近年来嗅鞘细胞生物特性及其在中枢神经系统的应用研究基础进行综述。

关键词  脊髓损伤；肌萎缩性脊髓侧索硬化症；脱髓鞘疾病；嗅鞘细胞；细胞移植

嗅鞘细胞（OECs）是嗅神经系统中的一种特有的胶质细胞，具有中枢神经系统星形胶质细胞和外周施万氏细胞的双重特性，能够促进嗅觉神经元的生长，并为轴突生长提供一个适宜的内环境。嗅鞘细胞还能够引导支持损伤的神经轴突再生、延伸，它是目前用来作细胞移植促进脊髓再生修复最有价值的候选细胞之一。

1. OECs的发育及其可塑性

OECs和嗅上皮均来源于嗅基板，而嗅球与其它中枢神经系统结构均起源于神经管，因此在胚胎发育过程中嗅上皮与嗅球发育是两种不同的方向，原始嗅觉神经元伴随大量基板细胞从嗅上皮传出轴突向端脑泡方向迁移，其中嗅鞘细胞引导嗅神经轴突到达端脑泡，这些细胞形成早期的嗅球，接着嗅球发生外翻，迁移细胞覆在其表面形成一薄层，接着它们穿透胶质界膜引导形成嗅神经层和小球层，成为覆盖在嗅球表面新的胶质界膜，不同于中枢神经系统和其它组织的是：在成人阶段嗅鞘细胞依然可穿过这种胶质界膜。

嗅鞘细胞被认为是一种可塑性很高的细胞，它可表现出多种细胞形态和细胞表面标志，在嗅系统发育过程中，嗅鞘细胞根据其在组织定位的不同而有不同的抗原表型，其中P75NTR、GFAP、和O4可标记大部分在体嗅鞘细胞，然而在嗅球外神经层O4阳性嗅鞘细胞仍然可以在P75NTR阳性细胞层内分化成E-NCAM阳性的细胞层，还有一定比率的嗅鞘细胞P75NTR阴性而NY和S100表型为阳性。

体内嗅鞘细胞抗原表型的可塑性决定了其在体外培养形态学和抗原表型的可塑性，已有研究证实纯化的嗅鞘细胞能够分化成两种不同形态及不同表面标记的细胞，即星型胶质细胞样嗅鞘细胞和施万细胞样嗅鞘细胞。星型胶质细胞样嗅鞘细胞为扁平状，表达高水平E-NCAM和GFAP而P75NTR阴性；施万细胞样嗅鞘细胞表达P75NTR，部分为GFAP阳性而E-NCAM阴性。这两种细胞关系并未完全清楚，但是可以肯定它们来源于相同谱系，并且两着之间是相关的。

科学家们在上世纪六十年代已经发现嗅神经系统与其他神经系统的神经元不同，在成人嗅粘膜内嗅神经元能够不断再生、替代，这些新的嗅神经轴突顺着嗅鞘细胞生长、延伸，并且嗅鞘细胞可以帮助再生的轴突通过外周屏障，进入中枢神经建立新的功能连接通路。

现代研究认为嗅鞘细胞可为新的或再生的初级嗅神经提供细胞基质，它具有中枢神经和外周神经系统胶质细胞的双重特性；它们在嗅球包裹形成新的轴突，并且在嗅神经轴突再生中起关键作用。因此嗅鞘细胞做为中枢神经系统其他部位促轴突生长的可选细胞越来越受到人们的关注。

2. 嗅鞘细胞移植治疗脊髓损伤

在脊髓损伤中脊髓的正常结构被损坏，上下行传导束轴突被中断，通常引起神经元、少突胶质细胞、星型胶质细胞和一些前体细胞死亡，不完全损伤初期由于少突胶质细胞的持续凋亡和一些髓磷脂丢失将导致某些功能丧失，人类SCI20天后可见部分轴突脱髓鞘变化，局部浸润的炎性细胞同时具有破坏和修复的双重角色。进入SCI后期，由于反应性星型胶质细胞、神经胶质前体细胞、小胶质细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和施万细胞等形成胶质瘢痕，这种瘢痕分泌抑制轴突生长因子，阻止轴突穿越瘢痕。SCI发生数月或数年后还可见损伤程度进一步加重。尽管中枢神经损伤后可见有部分自身修复，但是更多功能的恢复需要安全有效的干预性治疗，细胞移植期望能为轴突再生和神经修复提供良好环境。

Keyvan-Foulad等将成年大鼠嗅鞘细胞移植入模型鼠完全单侧损伤的皮质脊髓束，结果发现嗅鞘细胞顺着损伤轴突分布，为轴突再生提供桥梁，使其重新进入远侧皮质脊髓束并使髓鞘再生、轴突形成，同时在灰质区域可形成分叉。这些新的神经轴突的再生可以帮助模型鼠部分功能恢复，其中1%受损轴突再生就可获得部分有效功能恢复。他们还发现在星形胶质瘢痕形成的损伤后期进行嗅鞘细胞移植也仍然有效。此外许多研究也发现嗅鞘细胞移植在脊髓的大范围损伤、甚至是完全离断损伤后依然能促进神经修复和再生，而在这些恶劣环境中嗅鞘细胞的积极作用会更加有意义。

近年来，嗅鞘细胞移植能有效治疗脊髓损伤已逐渐得到认可，嗅鞘细胞能帮助损伤轴突髓鞘化，它还具有减轻二级损伤的神经保护作用，以及促进神经轴突芽生或再生作用。各国学者都试图在寻找更加有效的细胞移植作为治疗手段，因此多种细胞被用于移植，其中嗅鞘细胞移植已成为热点，如基因修饰后嗅鞘细胞移植以及嗅鞘细胞与其它细胞联合移植等研究。Cao等利用逆转录病毒系统将GDNF基因导入嗅鞘细胞，依据嗅鞘细胞促成鞘作用和其自身分泌大量神经营养因子这一原理，高表达GDNF的嗅鞘细胞移植入脊髓损伤模型效果更佳。这一实验为脊髓损伤治疗提供了新思路。已有体内研究证明嗅鞘细胞联合施万细胞移植也可得到较好效果。最近Cao等应用体外迁移实验阐明了其机制，他们发现施万细胞在嗅鞘细胞的单细胞层上可发生大量迁移，分析认为OEC分泌的某种可溶性神经营养因子NGF能够促进其迁移，接着将其阻断发现施万细胞不能迁移，这证明了嗅鞘细胞可通过分泌NGF促进施万细胞迁移，甚至穿越星形胶质细胞区域。多能神经干细胞具有分化为神经元和胶质细胞的潜能，但是将其单独移植入受损的脊髓并非十分有效，主要因为胶质细胞谱系的限制，神经干细胞只有微小的表型分化，很少转化为神经元和少突胶质细胞，大部分转化为星形胶质细胞。因嗅鞘细胞已经被证实可以穿越瘢痕有利轴突再生，Ao等认为将嗅鞘细胞联合干细胞移植发现可产生协同效应，嗅鞘细胞建立帮助轴突通过瘢痕的桥梁并且很快发生髓鞘化；此外先将二者植入生物支架再移植入损伤区可减少移植细胞的凋亡。

3. 嗅鞘细胞移植治疗脱髓鞘疾病

外周嗅系统的嗅鞘细胞与一级颅神经轴突紧密相关，虽然这些轴突直径太小，嗅鞘细胞不能形成髓鞘，但是在一些原发性脱髓鞘疾病中将嗅鞘细胞移植入大直径的轴突附近时OEC可显示出独特的成髓鞘作用。近20年来已有大量文献关注可使髓鞘形成的细胞移植，其中在形态学上证实嗅鞘细胞能形成髓鞘，随之探索在一些慢性脱髓鞘疾病如多发性硬化的治疗中，施万细胞和嗅鞘细胞都可以包绕合适直径的轴突形成新髓鞘。在电镜水平下观察可见嗅鞘细胞形成的髓鞘为PO阳性，因此可以区别中枢神经系统少突胶质细胞形成的髓鞘但不能辨别施万细胞形成的髓鞘，光镜观察形态学上很难区分嗅鞘细胞和施万细胞形成的髓鞘，电镜下观察二者也具有惊人的相似性。

在脱髓鞘疾病中嗅鞘细胞移植更优于施万细胞移植的治疗，尽管移植的施万细胞在中枢神经系统能够使脱髓鞘轴突髓鞘化，但已有很多实验证实星型胶质细胞的存在不利于施万细胞的成鞘作用，因此前提是在星型胶质细胞缺乏的环境中其才有显著成鞘作用。如果将施万细胞移植入EB诱导的成年大鼠小脑白质损伤模型中，可见施万细胞形成的髓鞘仅限于GFAP阳性胶质细胞缺乏的区域。在脱髓鞘疾病的病理环境下，其急性和慢性损伤过程中均有大量星型胶质细胞存在，因此施万细胞做为脱髓鞘疾病的修复细胞并非最佳选择。

也有发现少突胶质细胞的前体细胞也可使脱髓鞘轴突成鞘，但是其迁移能力和成鞘能力同样受到星型胶质细胞的限制，此外这种成鞘作用为内源性成鞘，过程漫长，并不适合于脱髓鞘疾病的细胞修复治疗手段。

然而嗅鞘细胞对星型胶质细胞具有较好的兼容性，比如将嗅鞘细胞与施万细胞分别在体外与星型胶质细胞共培养可发现施万细胞接触星型胶质细胞后生长立刻被抑制，而嗅鞘细胞的生长迁移不受星型胶质细胞的抑制，并可以穿越星型胶质细胞的生长区域。体内试验也已证明这一观点。

Lakatos等还发现将未纯化的嗅鞘细胞植入X-EB诱导的大鼠中枢神经系统脱髓鞘模型后，嗅鞘细胞在脑膜细胞存在情况下具有更强的成鞘作用。基于以上几点，因此认为嗅鞘细胞移植更适合脱髓鞘疾病的细胞治疗。

4. 嗅鞘细胞移植治疗脊髓侧索硬化症

肌萎缩性脊髓侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）是一种进行性、致死性的运动神经元疾病，它通常由于大脑皮质区运动神经元、皮质脊髓束、皮质脑干束、脊髓前角及脑干运动核自发退行性病变而引起周围神经根、四肢肌肉和呼吸肌的萎缩，多表现为四肢运动功能逐渐恶化，造成吞咽困难及呼吸衰竭^[[1]]。研究发现移植人脐带血细胞也可以延缓ALS小鼠模型症状的发生和死亡^[[2]]；也有学者用化学方法从人畸胎瘤细胞系诱导出有丝分裂后期的神经元样细胞，然后移植到小鼠模型的腰髓也得到同样结果；Allbert等也发现野生鼠的胶质细胞也可以延长模型鼠α运动神经元的存活；还有学者尝试将骨髓诱导的干细胞植入脊髓。

目前嗅鞘细胞移植治疗脊髓侧索硬化症的基础研究还未见报道，本研究院正在尝试将嗅鞘细胞单独以及联合神经干细胞植入ALS模型鼠中，期望神经干细胞分化替代神经元作用协同嗅鞘细胞诱导成鞘作用为中枢神经再生修复的临床治疗提供基础。