SDF1/CXCR4与骨髓干细胞移植治疗脑卒中

作者:陈东平,张志坚             【关键词】  骨髓祖代细胞；,脑血管意外；,趋化因子；,受体,CXCR4；,细胞运动

　 　　骨髓干细胞（BMSC）在许多组织器官显示巨大的细胞分化潜能，其治疗脑卒中成为当前研究的热点。已知局部缺血可诱导BMSC的动员，内外源性干细胞能“感受”组织损伤而定向迁移到损伤区并进行分化。BMSC的可塑性、分化功能和迁移作用依赖于损伤组织局部微环境的特异信号。新近研究已认识了部分特异分子信号，尤其是基质细胞衍生因子1（SDF1）和其特异受体CXCR4，其在BMSC与损伤组织的相互作用并迁移的过程中起重要作用。笔者对最近有关SDF1/CXCR4在BMSC向局部缺血脑组织迁移中所起作用的研究予以综述，为更好地探讨脑卒中的干细胞治疗方法提供参考。

　　1 BMSC移植治疗脑卒中                　　干细胞拥有多向分化的潜能，能自我更新并依赖于它们所在的微环境增殖分化成多种类型的细胞。许多不同类型的干细胞，如来自外周血、骨髓和胚胎的干细胞已在多种局灶脑缺血实验动物模型中成功用于诱导神经的再生和功能的修复[15]。胎儿来源的神经干细胞通过直接大脑内注射或经动脉注射移植可成功到达损伤的脑组织。然而，由于免疫排斥反应，移植的同种异体干细胞只能存活较短时间[6]。                　　在局灶脑缺血损伤后，应用BMSC是可行并能增进功能修复的方法,其具有来源方便，可通过刺激内源性干细胞池或经外源性移植获得，以及增殖力强、少有移植排斥反应等优点。BMSC包含了造血干细胞（HSC）和间质干细胞(MSC)，它们均是多潜能细胞，一部分移植的BMSC在损伤脑组织能表达神经元和内皮细胞的标志物。在实验性脑卒中模型中，BMSC能穿过血脑屏障并选择性迁移到局部缺血区进而改善神经功能[12]。BMSC对缺血损伤脑功能的修复依赖于局部缺血组织对微环境特异信号的反应。大鼠脑局部缺血组织可释放许多神经营养因子，已证明其可诱导人BMSC生长因子表达增加[4,7]。Shyu等认为这些营养因子是因局灶脑缺血损伤而释放的，其可能先作用于BMSC，而后再由BMSC产生营养因子作用于损伤组织[8]。Hanabusa等研究表明，在脑缺血半暗带中BMSC可诱导血管的发生，神经的发生并抑制细胞的凋亡[9]。BMSC对脑损伤的积极作用可归纳为以下两个方面：(1)由宿主脑实质细胞和/或由BMSC分泌的血管生长因子、神经生长因子和抗细胞凋亡因子相互作用，产生更多的内源性血管生长因子、神经生长因子和抗细胞凋亡因子[1012]，从而发挥神经保护作用。(2)BMSC自身直接分化成神经元和内皮细胞以修复损伤脑功能[12]。

　　2 BMSC向脑卒中部位迁移与聚集                　　在外伤性或局灶性脑缺血损伤模型中，通过静脉、动脉或大脑内直接注射途径给予的BMSC都能够优先迁移、聚集到脑损伤的部位[1,1011,13]。这些发现表明，损伤脑组织可以特异吸引BMSC。局部缺血微环境可能表达某些信号以促使循环的BMSC迁移到该区域，并在此部位进一步分化为成熟的组织。确认是哪些信号分子吸引BMSC并引起它们向损伤区的定向迁移，对理解BMSC介导的细胞移植治疗局灶脑缺血性疾病很重要。虽然在干细胞向骨髓归巢方面已有较多的研究，并知道其对正常的胚胎发育很重要，但是直到最近才认识为数不多的与局灶缺血相关的干细胞趋化因子。

　　3 SDF1/CXCR4在BMSC迁移中的作用                　　已知SDF1和其特异受体CXCR4在BMSC的动员和归巢、内皮细胞的迁移以及在成人血管的发生、神经的发生和神经元的迁移中起重要作用[1417]。SDF1在局灶脑缺血早期和心肌梗死早期呈正调节表达[1819]，提示该趋化因子在BMSC向骨髓和局部缺血组织的迁移中可能通过相似的信号途径起作用。损伤组织可能通过诱导SDF1正调节表达与循环中BMSC的CXCR4相互作用，使BMSC向损伤部位趋化聚集，进而修复组织功能。                　　SDF1是α(CXC)趋化因子家族成员，是参与炎症反应的化学小分子。SDF1对表达CXCR4的BMSC具有强大的化学吸引作用，并在外周循环与骨髓之间的BMSC转运（动员和归巢）中起重要作用[20]。SDF1通过激活特异的整合素分子而调节骨髓造血祖细胞的黏附作用和趋化特性。体内SDF1和CXCR4的基因失活将导致小鼠小脑、胃肠道和造血系统发育异常而于胚胎早期死亡[21]。有人提出SDF1参与BMSC从骨髓向外周血的动员，因为给予粒细胞集落刺激因子（GCSF）后，激活了中性粒细胞弹性蛋白酶，后者能分开骨髓基质细胞膜耦联的SDF1，解除了对CXCR4的束缚，使表达CXCR4的干细胞流向外周循环[20]。另外，SDF1可通过上调基质金属蛋白酶9（MMP9）的表达使cKit的配体（即干细胞生长因子）从膜结合形式向可溶形式转变，进而使cKit+的干细胞/祖细胞进入外周循环[22]。这些发现提示SDF1的血浆浓度水平与BMSC的动员相关。事实上，SDF1主要由骨髓成纤维细胞分泌并为BMSC向骨髓归巢/在骨髓微环境中贮留所必需。在骨髓中跨越内皮组织的SDF1浓度梯度是BMSC向骨髓归巢的主要机制[23]。在生理学上，骨髓比其它任何组织有更高的SDF1浓度，因而循环的BMSC通常向骨髓归巢。                　　已有研究发现，局部缺血组织过度表达的SDF1能增加从外周血募集BMSC并诱导新生血管的发生[16]。由于CXCR4表达于BMSC[24]，因而局部缺血损伤区正调节表达的SDF1可能与移植干细胞向损伤部位聚集相关。SDF1/CXCR4可能代表了BMSC和局部缺血组织微环境的联系，可能对许多组织器官的再生修复起作用。假定SDF1在局部缺血组织呈正调节表达，引起血浆和骨髓的SDF1浓度的不平衡，出现短暂的SDF1浓度梯度的建立，这有助于干细胞易位进入局部缺血组织，从而增强血管的发生和功能的修复。

Hill等研究发现，小鼠在接受转绿荧光蛋白（GFP）基因小鼠的骨髓移植并经历短暂大脑中动脉闭塞（MCAO）后，正调节表达的SDF1主要集中表达于缺血半暗带，GFP阳性细胞与表达SDF1的内皮细胞密切相关[25]。这些现象表明，SDF1 CXCR4的相互作用可能介导移植的BMSC向局部缺血组织迁移。Stumm等研究指出，损伤可诱导内皮组织正调节表达SDF1；而Shyu等研究则发现大脑半球局部缺血区CXCR4表达增加，这表明大脑内皮组织的SDF1可能是外周血细胞的化学趋化剂[8，18]。Lataillade等报道经GCSF动员后大部分的BMSC表面表达CXCR4，而SDF1则诱导BMSC的定向迁移[26]。在BMSC被吸引到脑局部缺血区后，SDF1CXCR4的相互作用可能还直接参与血管的重构与发生，以及神经的再生。为更进一步研究这种“迁移现象”，Shyu等在大鼠大脑局部缺血后利用抗CXCR4的抗体以阻滞SDF1结合到CXCR4上，发现其与未行抗体阻滞的对照组相比，脑卒中后神经功能恢复明显偏差[8]。在损伤脑组织抗CXCR4抗体可抑制BMSC的迁移和BMSC移植物的植入，并抑制其进一步分化成可表达神经元标志物的细胞。

　　4 展 望                　　干细胞移植疗法可能为将来脑卒中的康复治疗服务，其中干细胞的病灶趋化特性具有重要意义，如可将干细胞作为基因治疗的载体促使其向靶部位定向迁移而达到治疗目的。已知SDF1在表达CXCR4的BMSC聚集到损伤组织中起重要作用[16,18,27]。结合Shyu等的研究结果，提示SDF1不仅介导BMSC的趋化，还促进BMSC整合入局部缺血的脑损伤区。对SDF1/CXCR4这些介导BMSC转运的分子信号的深入了解，有助于移植的干细胞向特异部位迁移或抑制其迁移的细胞治疗策略的发展，进而促进损伤脑神经功能的改善。

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　　基金项目: 1.福建省自然科学基金计划高校专项项目(C0540003)；　　　　　　　2.卫生部科学研究基金福建省卫生教育联合攻关计划资助项目(WKJ20052011)

　　作者单位: 福建医科大学 第一临床医学院、福建省神经病学研究所，福州350005