脊髓损伤的病理生理及治疗研究进展

脊髓损伤的病理生理及治疗研究进展

1髓损伤后功能恢复的一般过程世界上每年有数万人遭受骨髓损伤（cp），这对患者产生了毁灭性的影响。有效的治疗不仅可以显著提高生活质量，还可以减轻他们的心理和经济负担。交通事故为脊髓损伤的首要原因,占到46.9%。其次是工伤事故,占到33.1%,其他损伤包括运动失误、生活中的损伤、火器伤及锐器伤等。其中火器所致的脊髓损伤在某些国家如美国,已升至交通意外之后的第2位原因。虽然脊髓损伤可通过手术方式解除原发机械压迫,但脊髓损伤后的继发损伤,其分子及细胞水平的机制是非常复杂的。对于如何促进脊髓损伤后的脊髓修复,现在观点是:在急慢性损伤中,微环境的改变以及神经细胞自身再生潜能所起的作用非常巨大。其中影响脊髓损伤后修复程度的几个关键要素包括:(1)损伤轴突的再生或延长的能力;(3)再生轴突是否向恰当的靶区域生长;(4)轴突生长停止,轴突终端形成以及与目标神经形成突触连接;(5)神经传递的恢复;(6)通过逆转麻痹以达到功能行为的恢复。现在普遍认为,若实现脊髓损伤后功能恢复,需要经过以下三个基本步骤:(1)损伤后神经组织的保护以及限制继发性损伤。(2)利用外源性因素或者模拟表达的内源性因素,以激发或增强轴突的再生能力。另一方面,神经营养因子支持神经元的存活、生长、分化,并且调节突触的可塑性,促进轴突再生。因此中和抑制性环境,利用刺激性因子的双重效应,以及促进新生轴突髓鞘形成,将对促进脊髓损伤后的轴突再生起到重要作用。2髓伤损伤的修复脊髓损伤后的神经病理改变主要包括原发性和继发性的损伤,原发性损伤是物理打击直接造成的,随后出现细胞膜裂解、血管损伤、出血、局部缺血以及栓塞,是源于神经纤维、神经元、神经胶质细胞膜以及血管的机械性破坏,造成以损伤中心区域出血性坏死为特征的损害,并可扩大为继发性损伤。继发的损伤是序贯性生物瀑布激活所导致的凋亡以及兴奋性氨基酸毒性的损伤所致,损伤后一些从血管中溢出的血液成分,会在随后的几天中,成为巨噬细胞活动等免疫反应的基础,引发瀑布式级联反应:包括水肿、炎症反应、局部缺血、谷氨酸受体过度激活所致的兴奋性氨基酸中毒、脂质过氧化作用、钙离子超载、细胞因子及凋亡、自由基损伤与脂质过氧化反应、一氧化氮/一氧化氮合酶(NO/NOS)神经毒性作用等。另外,脊髓损伤后少突胶质细胞的死亡和凋亡,也会进一步削弱轴突的功能恢复。继发性损伤是脊髓在急性损伤后的修复过程中,所面临的主要障碍。3生长锥的治疗脊髓损伤后其主要分子机制包括轴突生长锥的作用,中枢神经系统髓鞘功能受到的影响及恢复,细胞膜和细胞内信号传导的改变等三方面。首先,在脊髓损伤后的轴突再生中,起着重要作用的一个结构就是生长锥。生长锥是树突和轴突末端形成的一个扇形结构,可根据周围环境改变自身形态和生长行为,并能识别并结合靶结构,与之形成突触连接。对生长锥的认识最早源于1890年Cajal的描述。生长锥包括P区、C区和过渡带P区是生长锥边缘部分,为扇形膨大的板足,其表面伸出许多细小的丝状伪足。生长锥的作用是决定轴突生长的方向及范围。生长锥的膜上有许多受体整联蛋白、钙粘素、免疫球蛋白、受体酪氨酸激酶以及丛状蛋白。这些物质与周围环境相互作用,从而决定了轴突延长的可行性,若轴突延伸是可行的,则生长锥就会延导向性信号的方向生长,新的肌动蛋白组件将被加至丝状伪足的生长前端,使生长锥的丝足延趋化性信号的浓度梯度逐渐突出;相反,如果微环境抑制轴突的延长,例如在脊髓损伤的情况下,肌动蛋白的合成随即停止,并且肌动蛋白和微管在相应的切割蛋白和成束蛋白的作用下,骨架系统发生崩解。生长锥对于成人中枢神经系统损伤后的神经元再生过程中神经元环路的建立有着重要的作用,现已证实,组织培养过程中,在数种已被证实的抑制蛋白的存在情况下,轴突的生长锥会发生崩解。其次,脊髓损伤后轴突的功能受到明显影响,轴突的再生能力有限,和损伤后微环境中神经营养因子缺乏、髓磷脂相关抑制因子存在及胶质瘢痕的抑制作用等相关,髓磷脂相关抑制因子尤其重要。研究发现中枢神经系统的髓磷脂相关蛋白可以抑制轴突生长,首先被证实的具有显著抑制轴突生长活性的蛋白是Nogo家族分子,由Nogo/RTN4基因编码形成,包括A、B、C三个亚型。随后另外两种存在于髓鞘中的抑制物:髓磷脂相关性糖蛋白(MAG)和少突胶质细胞-髓磷脂糖蛋白(OMgp),也先后被证实均可抑制轴突的再生活动。这三种抑制剂中,对Nogo-A的研究最多,Nogo-A是较强的髓磷脂衍生的轴突生长抑制物,有两个结构域,一个是由66个氨基酸残基组成的环状区域,位于两个疏水区和Nogo-66末端之间,存在于C-末端内,是3种Nogo共同具有的结构;另一个区域是Nogo-A中心抑制区,也被称为NiG,为Nogo-A所特有的。这两个结构域可以分别独自的抑制轴突生长。它选择性的在少突胶质细胞和特定的神经元表达,但在周围神经系统却很少表达。Nogo-A不仅限制成熟中枢神经系统中轴突的再生,并且还可以抑制正常中枢神经系统中的异常增生。研究发现,以IN-1抗体直接拮抗Nogo-A后,体外培养的皮质脊髓束和神经元通路的再生得到增强,而动物模型的运动能力亦得到部分恢复。最后,脊髓损伤后脊髓内细胞膜以及细胞内的信号传导也发生巨大变化,髓磷脂相关性抑制性分子只有结合到生长锥的适当受体上,才能发挥自身生理效应。脂质筏在定位这些受体时扮演着重要的角色。脂质筏是膜脂双分子层上充满胆固醇、鞘磷脂及神经节苷脂GM1的微区,为信号传导提供了一个有序的平台。很多拥有脂质筏的受体已经被证实作用与轴突生长受限有关,其中Nogo-66受体(NgR)和神经营养因子(N1F)的受体(p75NTR)是最为重要的。NgR存在于再生轴突的生长锥表面,Nogo-66通过NgR发挥生物学效应,同时NgR也是MAG和OMgp的功能受体,由于具有可以与全部三种髓磷脂相关的抑制性分子结合的能力,因此NgR成为髓磷脂中轴突抑制性因子共同发挥作用的靶点。但是NgR自身的分子序列中并没有跨膜成分,其在接收到抑制信号后,在膜上存在的其他受体亚单位将细胞生长抑制信号向胞质内传导。p75NTR和TROY为两种主要的受体亚单位,可与NgR相互作用,将抑制性信号传递至细胞内。4治疗特殊细胞损伤的其他展望脊髓损伤后,目前临床上的治疗方法还不能满足病人的需要,近年来一些新的治疗方法的出现,给病人带来了一丝曙光,主要包括对少突胶质细胞的保护干预,神经营养因子(neurotrophicfactor,NTF)的应用,干细胞移植及基因工程等。首先,少突胶质细胞是中枢神经系统唯一的髓鞘形成细胞,脊髓损伤后引起少突胶质细胞死亡及轴突脱髓鞘改变,其存活与轴突脱髓鞘及伤后运动功能的恢复密切相关,因而减少少突胶质细胞的继发性死亡非常重要。研究发现脊髓损伤后持续给予鸟苷可以明显减少白质内少突胶质细胞的凋亡,抑制半胱天冬酶激活能够起到保护少突胶质细胞的作用,移植体外培养的细胞能明显提高髓鞘再生,为通过干预保护少突胶质细胞治疗脊髓损伤提供了新的方向。其次,中枢神经系统损伤修复的营养支持主要源于NTF,NTF包括多种,其中研究最多的是白细胞抑制因子(leukemiainhibitoryfactor,LIF),LIF几乎无毒并能通过血脑屏障,促进感觉神经元的形成,促进内源性神经干细胞的增殖及分化,维持运动及感觉神经元存活,抑制少突胶质细胞的死亡,目前在国外已经完成三期临床试验,因此在治疗脊髓损伤方面有着广阔的应用前景。第三,干细胞移植治疗目前虽有争议,但也是未来很有前景的治疗方法之一。目前已经进入动物及临床试验的干细胞有胚胎干细胞,间充质干细胞,脐带血干细胞,神经干细胞,脂肪干细胞,诱导多能干细胞等,这些干细胞在治疗脊髓疾病上各有千秋,但以神经干细胞(neuralstemcells,NSCs)最有应用前景。NSCs只向神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞分化,并通过分泌各种神经营养因子和细胞因子发挥免疫调节作用。但其最大缺点是来源的伦理性问题。最后,基因工程是近年来兴起的一项新技术,是通过分子生物学或细胞移植技术,将特定DNA片段转移入靶细胞中,从而促进轴突再生、机体运动以及感觉功能的恢复。目的基因主要包括增强刺激性因子及解除抑制性因素,基因载体可以分为病毒和非病毒载体并各有优势。但基因工程目前还面临很多问题,主要有植入基因的表达能力会减弱,在宿主体内的存活时间不长,病毒性载体可能存在免疫排斥反应及伦理问题和致瘤性。因此,将基因治疗应用于临床还不成熟。5损伤模型类型目前国内外脊髓损伤的动物模型主要包括:急性损伤和慢性损伤两大类。急性损伤模型主要包括:挫伤模型、横断伤模型、牵拉损伤模型。慢性损伤模型主要包括:压迫损伤模型、缺血损伤模型。另外,还有椎体束及红核脊髓束离断模型。这些模型各具特点,可以结合具体实验来选择需要的种类。6治疗特殊的神经损伤的药物脊柱脊髓损伤的发病率虽呈明显上升的趋势,其机制亦未完全研究清楚,临床治疗手段也不能完全满足病人的需要,但随着医学技术的发展,已经出现多个具有潜力的治疗方向,相信在未来随着研究的深入,会有更多成果运用于临床,为脊髓损伤病人带来福音。(2)轴突穿透瘢痕区域的程度;(3)抑制可阻止神经修复的内源性因子的表达。多数被切断的中枢神经系统轴突早期仍存在有限的再生能力。损伤发生几小时后,炎症反应即迅速