1、脊髓再生,从基因到移植,脊髓损伤（SCI）关注的焦点,如何尽快降低脊髓损伤程度 如何提高神经功能 长期瘫痪和神经功能缺陷基本稳定的SCI患者如何处理,介绍内容,原发性、继发性损伤的病理生理 降低神经损伤程度的神经保护治疗措施 增强急性SCI轴突再生 增强慢性期神经功能,原发性、继发性损伤病理基础,原发性、继发性损伤,原发性损伤：致伤因子直接造成神经元、血管破坏、轴突断裂。（不可逆） 继发性损伤：原发性损伤引起的一系列生化机制造成最初病灶周围原来正常的组织发生自身破坏性病变。防止继发性损伤有可能改善病变周围幸存神经组织的残存功能。（可逆）,继发性损伤的病理基础,微循环的改变： SCI后微血管改变
2、分为两个区，第一区 出血及不存活组织，微血管丧失灌注能力；第二区血管床仍保持畅通，其灌注取决于遭受损伤但仍然存活组织的恢复情况。 SCI急性期治疗：限制第一区扩大，同时使第二区仍存活组织维持灌注。,继发性损伤的病理基础,缺血： 原因：血管破坏、微血栓形成、血管痉挛。 缺血反应表现特点缺血程度与损伤严重性呈正相关SCBF测量发现缺血呈进展性，伤后1小时基本正常，后开始下降。因此在伤后1小时内予以适当治疗可逆转这种SSCI改变缺血最初从灰质开始，以后逐渐扩展到周围白质进展性组织缺血所引起的低氧状态是继发性组织变性主要原因；SCBF降低50%可产生完全性及永久性瘫痪。,继发性损伤的病理基础,脊髓缺血
3、后延迟性低灌注（DHP）： 氧自由基 脂质过氧化（LPO） 内皮、胞膜损伤 细胞死亡Ca2+内流 磷脂酶激活 花生四烯酸释放(AA) TXA2、PGF 进一步缺血使氧自由基、 LPO AA 缺血 使 白质神经纤维脱髓鞘、轴突损伤 SCI缺血期及再灌注经历的生化及代谢改变是继发性损伤的重要方面，也是影响最后神经功能的首要因素。,继发性损伤的病理基础,细胞凋亡：是缺血及损伤后引起继发性神经元损伤的重要过程。 特点： 滞后性：滞后发生的继发性改变 长期性：SCI后细胞凋亡存在相当长时间。神经细胞凋亡在轴突退变发生营养障碍后；胶质细胞凋亡在具有炎性反应特性的小胶质细胞活力增强后出现。 累及性扩张：累及
4、损伤中心以远部位。在时间、空间范畴上与原发性机械损伤似不相关，可能信号传导参与了凋亡诱导。 选择差异性：神经胶质细胞占多数，不仅在损伤区，损伤区以外也以少突胶质细胞凋亡为主，从而使远离损伤部位的传导束发生慢性脱髓鞘。,考虑SCI后不同时间、平面变化因素,SCI改变不仅在时间上损害程度不同，而且损伤平面存在向上、向下的变化。 国际脊髓研究信托基金会（ISRT）提研究重点： 明确局部神经元和神经胶质细胞死亡过程的时间概念，以预防早期有害变化。 明确神经系统损伤后不良反应的侵袭范围，以增加神经细胞再生和由外界环境支持的促进和抑制因子。,减少神经损伤,维持轴突功能、防止神经细胞凋亡,一、类固醇,机制：
5、 大量实验证明，大剂量糖皮质激素可改善脊髓血流（SCBF）和微血管灌注 增强中枢神经系统的应激性，突触传递增加，神经兴奋性增强 减少自由基反应及脂类过氧化，增强Na+、K+-ATP酶活性 抑制脂质水解（花生四烯酸的释放） 抑制细胞内钙离子的蓄积,甲基泼尼松龙当前争议很大,美国国家急性脊髓损伤研究小组（NASCIS）方案： 应用时限：伤后8小时以内应用，超过8小时无效。 用量及方法：15min内30mg/kg，45min后5.4mg/（kgh）共23小时。 继续用药到48小时疗效较好，可能是由继发损伤在用药24小时并未停止，继续用药48小时仍有治疗作用。,MP与脊髓减压,病例：32例颈椎无骨折脱
6、位脊髓损伤患者，完全性SCI 8例。不完全性SCI 24例。MP用药方案同前（8小时内）；减压在伤后48小时内。 治疗分组,MP与脊髓减压,三组运动和感觉改善率（%）,得到启示,MP与减压结合疗效最好，使不完全性SCI运动改善率达50%，完全截瘫的运动也有所恢复。 这在颈脊髓损伤尤为重要，四肢瘫无功能的手，在运动恢复改善10%则可能会伸腕、屈腕或伸指，对手功能重建很重要。,类固醇替代物,皮质类固醇用量大大超过其受体激活必需剂量，说明其作用机制与受体激活无关，而是通过其他机制。 目前认为类固醇的细胞保护机制是抑制LPO，而非激活糖皮质激素受体。 因此鉴于MP对膜保护能力与激素活性分开，需研究一种
7、针对脊髓损伤的更强有力的药物：21-氨类固醇。 单甲烷磺酸盐-U74006F在不同SCI模型中被证明较MP更有效。,二、神经节苷脂（GM）,组织细胞膜上含糖鞘脂的唾液酶。 GM-1：含于神经细胞膜上，髓鞘、突触特别是突触间隙最丰富。 生物学功能 激活Na+/K+-ATP酶-腺苷酸环化酶和磷酸化酶活性，提高神经细胞在缺氧下的存活能力 促进轴突和树突发芽和再生 抑制NO合成酶活性，防止NO对神经细胞损伤 作为膜上受体能与毒素结合减轻毒素对细胞的损害，Favaron证明GM-1能减轻谷氨酸对神经细胞的毒性 用法：伤后72小时， GM-1静注100mg，QD，3周。,三、其他药物治疗,兴奋性氨基酸受体
8、拮抗剂 一氧化氮合成酶抑制剂 钙通道阻滞剂 自由基清除剂 阿片肽受体拮抗剂 细胞凋亡分子途径定向阻滞,增强急性SCI轴突再生,脊髓轴突再生方式,侧芽生长（collateral sprouting）：轴突断裂后，侧方长出新侧支，使失去正常神经供应的结构重新获得神经支配。 轴突的可塑性（plasticity）：未受损伤的轴突可以代偿地伸入部分失去神经支配的区域，代替已丧失的突触连接，即获得适应性。 轴突再生（axonal regeneration）：被切断的轴突形成新的细胞，代替被切断的末端。,脊髓再生的影响因素,David（1981）：CNS受损轴突在自身环境下不能再生，但可以在外轴神经移植物中
9、生长，不但提示神经元具有再生能力，而且提示CNS环境具有抑制轴突再生的作用。 影响因素： 神经元的内在再生能力 轴突生长环境,神经元再生能力特征,Richardson（1984）轴突损伤后神经元胞体反应对神经再生起关键作用，并证明外周轴突横断可诱导母体神经元基因表达改变。 提示神经元具有再生装置，但需予以初始刺激才能激活其在生活性。 目前认为其基因学机制始于细胞水平，可通过治疗措施诱导无能力的神经元的受损轴突再生。,神经元再生能力特征,轴突再生相关基因（RAGs）：转录因子c-jun，可调节基因表达轴突伸展相关细胞骨架蛋白T1-tubulin调节信号传导的生长锥蛋白GAP-43、CAP-23（
10、生长协同蛋白）与生长锥导向相关的L1、NCAM等细胞粘附分子。 Bomze（2001）证明联合使GAP-43、CAP-23转基因过度表达能使脊髓背根神经节中枢轴突再生，单一基因则不能使轴突再生。多基因产物相互作用是再生反应必需的。,增强神经元内在再生能力,神经营养因子 Kobayashi（1997）胸段红核脊髓束切断后在红核附近注射脑源性神经营养因子（BDNF）或神经营养素NT-4/5可使GAP-43 、T1-tubulin上调并促使轴突长入损伤部位移植的外周神经中；无神经营养因子则RAGs不表达，轴突也不长入移植的外周神经中。在胸段损伤部位予以BDNF也不能促进RAGs表达。 Bradbur
11、y（1999）在脊髓背侧压伤的大鼠模型的髓鞘内注射NT-3，而非BDNF，发现感觉性轴突再生。 不同类型神经元及同一类型神经元在不同部位受体表达相关。,增强神经元内在再生能力,体外基因治疗：将基因修饰过的能生成神经营养因子的细胞植入脊髓。 体内基因治疗：通过病毒载体介导将自体组织转染神经营养因子基因。 Liu（1999）将基因修饰过能生成BDNF的成纤维细胞植入颈髓半切的大鼠损伤部位，发现红核脊髓束不但生长而且肢体功能也有所恢复。 但这些技术在向临床转化前要解决病毒载体和注射神经营养因子的副作用造成的潜在危害。,CNS环境轴突再生抑制作用,CNS环境抑制： 髓磷脂相关的抑制作用 胶质疤痕、囊肿
12、腔隙相关的抑制作用,髓磷脂相关抑制作用,Chen（2000）轴突生长抑制因子NI-35，克隆为Nogo-A。 Brosamle（2000）IN-1抗体可中和NI-35抑制作用促进轴突生长。此抗体具有人类的特性，说明这项技术向临床转化迈出了重要一步。 McKerracher（1994）发现髓磷脂相关的糖蛋白产生另一轴突抑制因子，可被BDNF、胶质细胞源性神经营养因子预处理抵消。 髓磷脂可能包含多种分子抑制物，每种抑制分子都有特异的阻滞药物，这将促使将髓鞘作为免疫靶向的整体促进轴突再生研究的开展。,胶质疤痕的抑制作用,胶质疤痕：由反应性星形细胞、小神经胶质细胞、少突神经胶质细胞、脊膜细胞等形成三维
13、立体物理屏障。这些细胞还分泌大量抑制生长的分子物质，如蛋白多糖、胶原分子、semaphorins、ephrins等。 Moon（2000）、Muir（1998）分别尝试了去除疤痕中的细胞成分、降解抑制性蛋白多糖的方法。 新兴起的 一项研究是定向阻滞细胞内传导通路介导轴突生长：Rho信号传导通路；cAMP、cGMP通路。 Lehmann（1999）发现Rho抑制剂能促进大鼠视神经压榨伤后的轴突长芽。 因此，通过阻滞信号通路有可能将髓磷脂内某些抑制因子转化为轴突生长的刺激因子。,细胞移植克服CNS抑制作用,为克服或控制胶质增生形成的屏障，促进轴突生长跨过损伤部位，使髓内细胞移植得以发展。 用于移植
14、的细胞：神经干细胞、胚胎组织、雪旺细胞、嗅神经鞘细胞（OECs）,胚胎脊髓组织,SCI动物模型中，胚胎脊髓组织移植物能增强宿主神经元的存活能力，促使轴突延长。（Bamber,1999；Diener,1998；Giovanim,1997） Slawinska（2000）胚胎脊髓组织移植物能增强脊髓横断、半切和挫伤模型远端轴突功能。 1997年，Falci报道了安全地应用人胚胎脊髓组织填补SCI后瘘管的病例。,神经干细胞,具有未分化特性，可分化为成熟的神经元和胶质细胞。 McDonald将胚胎干细胞植入SCI大鼠体内，肢体运动功能改善，可能与其分化为神经元、少突胶质细胞和星形细胞有关。 Brust
15、le（1999）胚胎干细胞植入脱髓鞘的脊髓内分化为少突神经胶质细胞而使宿主轴突髓鞘化。,雪旺细胞,再生机制：整合于宿主损伤部位，桥接横断脊髓残端，吸引轴突长入移植物，使新生轴突髓鞘化。 Cheng（1996）肋间神经移植物 搭桥连接大鼠横断的脊髓两端，观察到皮质脊髓束再生。（结果不能重复） Xu（1999）用含有雪旺细胞的微导管植入脊髓损伤断端，发现轴突长入导管中。 缺陷：再生轴突难以离开移植物进入脊髓中。 目前认为可能与局部胶质疤痕和移植物与宿主接触面的髓磷脂抑制成分有关。,嗅神经鞘细胞（OECs）,特点：一生不断更新，伴随嗅神经轴突从外周神经系统长入成熟、正常处于抑制状态的CNS。 因此其
16、伴随轴突跨过界面的能力被认为可用来解决雪旺细胞桥接中遇到的障碍。 Ramon-Cueto（2000）发现大鼠完全横断脊髓远端的皮质脊髓束再生。 Li（1998）用OECS用于不完全性SCI证明为轴突生长跨过损伤部位提供了必要的物质。 Kato（2000）报道了人类OECS的获取和纯化方法，并证明其植入成年大鼠脊髓内脱髓鞘部位能使CNS轴突髓鞘重新形成。,再生障碍再生措施 胞体反应 萎缩和或死亡 神经营养因子 基因表达相关微弱再生 如：，囊肿空洞 细胞桥接 神经元/胶质细胞死亡 雪旺细胞，嗅神经鞘细胞 （坏死和凋亡） 胚胎组织，干细胞 改变遗传性状的成纤维细胞胶质疤痕 轴突生长抑制因子 如：pr
17、oteoglycans,collagen 细胞内生长圆锥信号通路semaphorins,ephrins Rho抑制因子，cAMP,cGMP髓磷脂 髓磷脂抑制 Nogo,MAG 抗Nogo,免疫破坏,髓磷脂疫苗,脊 髓 再 生 障 碍 及 克 服 措 施,增强慢性期神经功能,问题,试验性治疗措施虽已在急性损伤模型上实施，但绝大多数SCI患者长期神经功能缺陷是慢性的过程，如何将急性损伤的治疗措施应用于慢性阶段？ 成千上万次感觉运动反馈输入神经功能重塑? 康复机器人作用?,现有研究,Houle（1997）发现脊髓半切损伤后8周较损伤后4周应用睫状神经营养因子的大鼠脑干神经元的再生性反应降低50%。
18、Gauthier（2000）将外周神经移植物植入急性和慢性（损伤后3周）半切损伤脊髓的近端，发现慢性损伤组扩展到移植物的神经元较急性组少85%。 因此用于急性期的神经营养因子、细胞移植、克服髓磷脂和胶质疤痕抑制等治疗方法对慢性损伤的效应降低。,轴突损伤后神经元胞体存活反应,Messerer（2000）脊髓半切损伤后1年，在颅内红核附近注射BDNF7天，发现损伤侧红核与非损伤侧细胞数目相等，提示这些神经元没有死亡，只是明显萎缩而无法从胶质基质中辨出。 Liu（2000）在损伤1年后注射神经营养因子后细胞体内RAGs上调，红核轴突再生长入外周神经移植物。 这些研究结果提示用于急性期的神经营养因子、
19、细胞移植、克服髓磷脂和胶质疤痕抑制等治疗方法对慢性损伤但仍可能会发挥作用。,4-氨基吡啶（4-APD）,作为一种可能用于SCI慢性期的治疗药物正在进行疗效评估。 它是电压门控，速效钾离子通道的阻滞剂，被认为可通过增强脱髓鞘神经纤维的动作电位扩抪改善轴突的冲动传导。 Lammertse等（2002）报道4-APD可降低强直状态，改善膀胱、肠道、感觉、性功能和神经性疼痛。,对脊髓再生的评价,至今，最有希望的轴突再生治疗措施也只能观察到很短的纤维生长，以毫米来测量。 但不能认为这样再生对有些患者没有意义。 如果只需很短的轴突生长、髓鞘形成、髓内不同程度的自身重塑，就可以使需呼吸机辅助呼吸的患者获得自主呼吸，使卧床的患者获得从床到轮椅的转移能力，故这样的治疗仍具有重要意义。,总结,保护神经元和轴突，防止继发性损伤 采用恰当细胞类型、营养因子和基质分子提供移植物诱导轴突再生的最佳环境 通过抑制胶质疤痕形成、清除交界面的抑制因子，改善宿主和移植物的交界面 采用中和性抗体/促进因子改善髓内抑制环境 诱导再生轴突重新髓鞘化 促进脊髓远端再生轴突和靶神经元间突触形成 使失去髓鞘的轴突重新髓鞘化,
