神经干细胞移植治疗颞叶癫痫的可行性研究进展
发表时间：2010-03-06 浏览次数：538次
作者：鲁明 钱若兵 作者单位：安徽省立医院神经外科 安徽省立体定向神经外科研究所， 安徽 合肥 230001 【摘要】 神经干细胞移植治疗颞叶癫痫的研究近年来已在国内外广泛开展，并取得了一定的研究成果。本文从神经干细胞移植到大脑一定部位后癫痫模型动物的行为学、电生理、形态学改变等方面综述神经干细胞移植治疗颞叶癫痫的研究进展，以总结其可行性。
【关键词】 干细胞移植 癫痫 颞叶
神经干细胞存在于胚胎、成年动物和人类的中枢神经系统，主要分布于脑室周围的广泛区域，目前已探索出一整套分离、培养、鉴定、分化方法。中枢神经系统的许多疾病是由于特定部位的神经元退行性变引起的，于是人们应用神经干细胞移植来修复受损的神经元，以治疗各种脑病，并已在治疗颞叶癫痫实验研究方面取得了一定的进展，现对后者综述如下。
1 颞叶癫痫的发病机理
颞叶癫痫是一个综合征，有不同的病因、多样的临床表现和病情经过，目前普遍认为其发生与下列因素有关：①海马齿状回门区锥体神经元的丧失和苔藓纤维芽生；②中间神经元的抑制功能减弱；③γ-氨基丁酸 （GABA） 能神经元传递的改变；④谷氨酸能神经元兴奋性异常。
2 神经干细胞移植治疗颞叶癫痫的可行性
将外源性神经干细胞或基因工程处理过的神经干细胞植入到大脑一定部位后，往往能修复和替代受损神经细胞，且可分泌促进干细胞增殖与存活的各种因子，因而可部分重建细胞环路和功能。用移植的方法增加GABA能神经元的数量，减少谷氨酸能神经元，恢复抑制性神经递质和兴奋性神经递质的平衡，为从根本上治愈颞叶癫痫带来了希望。目前已经能够通过体外诱导的方法将神经干细胞分化成GABA能神经元和谷氨酸能神经元，然后成功移植入大脑。另外，神经干细胞可作为载体，转入表达GABA的基因，然后植入海马组织，治疗颞叶癫痫。移植后的神经干细胞通过分泌各种神经递质调节宿主脑内微环境，其生成的轴突、树突可参与神经网络调节神经活动。目前神经细胞移植已被广泛应用在神经退行性病变的动物模型中，未成熟的神经祖细胞能代替丢失的细胞，恢复脑功能，促进脑的自我修复[1]，从而有望成为一种很有前途的神经组织替代性治疗方法。
2.1 移植后神经电生理的变化 神经干细胞移植到宿主脑组织后通过多种途径影响宿主的神经电生理活动。在体外已经成功诱导来源于海马的神经干细胞分化为谷氨酸能和GABA能神经元，在这些神经元之间可建立功能性的突触联系。电生理研究发现：神经干细胞分化的细胞具有神经元形态，同时具有神经元特有的电生理特征。这些研究为神经干细胞应用于颞叶癫痫的治疗提供了理论基础[2]。神经干细胞移植后通过对突触后电位的记录，发现其移植后能分化成中间神经元GABA，导致海马CA1区的快兴奋性突触后电位幅度被降低，从而降低了神经元的兴奋性，进而抑制颞叶癫痫的发作[3]。Benning等[4]的实验研究表明：整合到齿状回的供体细胞表现为K+、Na+通道电压依赖性，整合的移植干细胞表达α-氨基羟甲基恶唑丙酸和GABAa受体亚单位，形成了谷氨酸能和GABAa突触，这些突触可发生显著的成对脉冲，说明产生了功能性神经元，且其已整合到神经通路中。
神经网络是神经细胞间依靠突触及细胞间突起互相连接的网状结构，是神经系统表达功能的基本单位。移植到海马的神经干细胞只在移植点附近生长，但广阔的移植衍生突起与宿主细胞形成突触，整合到宿主神经网络中；这些细胞具有一定频率的同步电活动，可以产生超极化的活动电流，具有神经元特有的内在特征，并经增强绿色荧光蛋白和膜片钳技术得到了验证[5]。沈红等[6]的实验结果证明：神经干细胞移植到颞叶癫痫模型大鼠的海马和杏仁核后，脑深部棘波明显减少，波幅明显下降；移植后24周，未移植组波幅虽较前降低，但仍有较多阵发性棘波，而移植组的脑电接近正常。近来Guttinger等[7]证实：腺苷激酶阴性的移植物能通过旁分泌作用抑制颞叶癫痫活动，此发作抑制过程可用脑电图清楚记录下来。体外分化胚胎干细胞源神经祖细胞被移植到中枢神经系统后能形成功能性神经元，但不是所有移植细胞均能获得与宿主无区别的形态学和电生理特征，仅某些脑区允许胚胎源神经干细胞生存，并提供一个有益于胚胎干细胞分化和功能整合的内环境[8]。因此，移植的神经干细胞可通过多种途径来影响神经元的异常电活动，从而达到治疗颞叶癫痫的目的。
2.2 移植后的形态学改变 目前国内外已有学者[5，9~11]采用免疫组化、绿色荧光蛋白标记等方法检测到移植后神经网络形成；移植的神经干细胞可产生脑源性神经营养因子，阻止受损神经元苔藓纤维发芽；海马干细胞移植可以显著抑制海马CA3区锥体细胞缺失，同时在一定程度上修复海人酸所致海马CA3区锥体神经元超微结构的损伤；移植至海马齿状回中的神经干细胞能存活，并可沿正常海马齿状回中固有的神经细胞迁移路径迁移，移植的神经元经历了形态和功能上与宿主神经通路的整合；移植的神经干细胞在移植后1周、2周主要围绕在移植点附近，1个月后沿海马齿状回下层迁移，排列成条带状，在伞侧切除的海马中存活的神经干细胞密度大于正常侧。上述实验结果从组织学角度很好地证明了神经干细胞移植治疗颞叶癫痫的有效性。
2.3 移植后的行为学变化 神经干细胞移植经多年研究后已被用于治疗颞叶癫痫、颅脑损伤后癫痫，并具有一定效果，各种动物模型及各类临床病例在接受治疗后行为学方面均得到明显改善[12]。Chu等[3]将外源性神经干细胞移植到诱导的大鼠癫痫持续状态模型，发现癫痫持续状态能被明显抑制。
2.4 移植后的免疫排斥反应 中枢神经系统一直被认为是移植的免疫特区，将人胚胎嗅球细胞移植入大鼠半横断后的脊髓，发现能促进脊髓修复和轴突再生，说明异种基因脑内移植不出现移植排斥反应[13]。但也有研究显示：脑有着特殊的免疫学环境，脑组织移植亦存在相应的免疫排斥反应。其防治措施包括免疫抑制剂、免疫隔离技术的应用和免疫耐受诱导，其中免疫耐受诱导是最合理、最有前途的方法。马希峰等[14]通过对人胚胎脑源性神经干细胞的特性及免疫原性研究后认为：人胚胎脑源性神经干细胞具有免疫原性，但直接脑内接种未发现引起明显的移植排斥反应。神经干细胞在脑内能根据周围微环境的诱导而分化成相应的形态和功能与附近的宿主细胞非常类似的细胞类型，同时由于血脑屏障的存在，不同个体之间的神经干细胞移植的排斥反应非常轻微。已有学者将异种源性神经干细胞移植入人脑治疗帕金森病，探索出了应用一些低剂量免疫抑制剂，通过小神经胶质细胞影响抗原表达修正供体组织，注射单克隆抗体到宿主体内使T细胞群失活，从而有效抑制异种基因移植后免疫反应的方法[15]。
3 存在问题及展望
虽然神经干细胞移植治疗颞叶癫痫在基础研究和临床实践中已取得一些成果，但仍存在许多问题。目前主要问题包括：细胞存活能力、体内定向分化、功能整合、肿瘤形成可能、排斥反应等；神经干细胞来源问题、异基因移植的免疫排斥反应问题、异种基因移植被感染的危险等亦有待进一步研究。其他来源的干细胞，如脂肪组织、毛根、羊膜、骨髓间质干细胞等经过分离、培养、增殖后能否作为供体细胞，尚在设计或实验室研究中。
最近有学者将经基因工程处理过的神经干细胞移植到大鼠海马内，这种GABA能神经元释放的GABA量可以用四环素调控，干扰颞叶癫痫电发放，影响颞叶癫痫的发生，为神经干细胞治疗颞叶癫痫展示了良好的前景[16]。Jabs等[17]证实神经干细胞分化的胶质细胞能整合到海马的突触通路，其作用有待进一步研究。
相信随着科学的发展，人类将进一步了解神经干细胞如何分化为特定区域的神经元，胶质细胞的细胞内外信号传递途径，及其生理、生化特征；从而定向诱导神经干细胞分化，获得需要的用于治疗颞叶癫痫的细胞类型及数目；通过更加合理的途径将外源细胞在适当时候移植到脑内，使其发挥抗颞叶癫痫功能。
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