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编号:10222668
背根损伤与中枢-外周移行区
http://www.100md.com 《中国脊柱脊髓杂志》 2000年第2期
     作者:张文捷 周跃

    单位:张文捷(第三军医大学新桥医院骨科 400037 重庆市);周跃(第三军医大学新桥医院骨科 400037 重庆市)

    关键词:

    中国脊柱脊髓杂志000215 中图分类号:R651.2 文献标识码:A 文章编号:1004-406X(2000)-02-0112-03

    成年哺乳动物的神经元再生延长不能跨过中枢-外周移行区(Central-peripheral transitional region)而进入脊髓或从脊髓内延伸出来,甚至移植胚胎的神经节细胞的再生神经纤维也不能穿过移行区。脊神经根的中枢神经系统部分丰富的星形胶质细胞是阻止再生神经纤维跨过该区的重要原因[1]。然而,在幼年动物,移行区尚未建立之前切断的神经纤维显示了强大的再生能力。研究发现背根轴突的再生可延伸进入脊髓,来源于背角神经元的新的突起能跨过移行区进入损伤的背根[2]。由于在星形胶质细胞丰富的中枢-外周移行区建立之前神经纤维的再生进入脊髓是可能的,最近的一些研究通过消除移行区而重建神经根与脊髓的联系。作者对相关研究予以概述。
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    1 中枢-外周移行区的解剖特点

    神经根分为颅神经根和脊神经根两类,脊神经根又分为背根和腹根。沿神经根硬膜出口处向大脑或脊髓跟踪观察,原来较均匀一致的神经根在近于中枢神经一定距离处分裂成几束较细的部分称为根丝,这些根丝可能转而分离成更细的部分称微根丝。中枢-外周移行区即位于这些根丝或微根丝部分[3]。在此处中枢的神经纤维呈圆锥状延伸入周围神经组织的中心,故此段包含中枢与周围两类神经纤维组织,其中心由中枢神经纤维组成,外周为周围神经纤维,两者之间由相当于脊髓表面外界膜的星形胶质细胞相隔,这是实际上的中枢和周围神经系统分界面。穿行于此分界处的有髓纤维多为朗飞结区,对一根有髓纤维而言,当行进于中枢部时,由少突胶质细胞形成的髓鞘包绕,当穿过胶质膜进入周围部时,由雪旺细胞形成的两层髓鞘包绕,外有基膜与神经内膜包裹。无髓纤维在中枢部是裸露的,在周围部由雪旺细胞包裹[4、5]

    2 损伤引起的中枢-外周移行区及邻近脊髓区域的反应性胶质化
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    星形胶质细胞对损伤的反应特征是在损伤局部形成的反应性胶质化,星形胶质细胞介导的各种病理生理反应都是在反应性胶质化的基础上发生、发展的。所谓反应性胶质化,即指各种原因引起的中枢神经系统无论是机械性的或是炎症、变性退行疾病的损伤,导致损伤局部星形细胞的大量聚集,胞体增大,突起增多延长和胶质原纤维酸性蛋白(Glial fibrillary acidic protein,GFAP)表达增高[6]。在某些情况下,损伤局部大量星形胶质细胞突起形成致密的胶质疤痕,反应性胶质细胞参与变性髓鞘的吞噬活动,因而有利于损伤修复,但胶质疤痕被认为是阻碍损伤的中枢神经纤维再生的一个重要因素。在新生动物,类似损伤胶质疤痕的形成非常不明显,也许是由于不成熟星形胶质细胞缺乏反应所致。这种缺乏反应的星形胶质细胞可能是背根损伤再生能够进入脊髓或进入移植于成年宿主中胚胎脊髓组织中的一个重要因素[7]

    2.1 背根损伤后相应中枢-外周移行区及邻近之脊髓区域的反应性胶质化
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    脊神经根的解剖特点为研究外周神经系统(Peripheral nervous system,PNS)和中枢神经系统(Central nervous system,CNS)损伤引起的神经纤维和胶质细胞反应提供了一个很好的损伤模型。我们可以在神经根的PNS部分进行操作(如损伤)而不损伤存在于神经根近侧部分的CNS组织的完整性及其血管系统[3]。远离CNS的背根段之损伤将导致在同一神经纤维的CNS和PNS部分发生顺行性轴突变性,而并没有导致神经根CNS段机械性或间接性血管损伤[1]

    对背根压榨损伤的动物模型研究发现:损伤后1d即可引起脊髓的反应性星形胶质细胞的肥大,表现为体积的增大,突起的增多和增长,表达为GFAP阳性反应[1、7]。背根损伤后60d,星形胶质细胞疤痕出现于背根与脊髓交界处的中枢-外周移行区(又称背根进入区,Dorsal root entry zone,DREZ)和接邻DREZ的脊髓表浅部分。在脊髓表面胶质疤痕由多层星形胶质细胞突起所组成,包含有多量的胶质丝。星形胶质细胞的突起可延伸进入神经根内,在脊髓表面和暴露于髓外间隙的突起外覆基膜。损伤的背根的最近端区域包含有星形胶质细胞突起,呈高度卷曲状,数量丰富,组成丛状外覆基膜,并有大量成纤维细胞聚集,常见星形细胞突起间的桥粒和紧密连合的结构,但未见有神经纤维的分布。这些星形胶质细胞的表型主要是GFAP免疫反应阳性细胞[7、8]
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    2.2 放射处理背根损伤的中枢-外周移行区及邻近脊髓区域的反应性胶质化

    由于成年哺乳动物神经元的再生不能穿过星形胶质细胞丰富的中枢-外周移行区,近年来许多作者如Sims等应用X射线对早期新生大鼠腰骶髓照射,制作胶质细胞消减模型对研究星形胶质细胞消减状态对于神经再生的影响、胶质细胞-胶质细胞、胶质细胞-神经元之间的关系提供了很大的帮助[1、7、8]。模型制作方法是采用40GY 剂量的X射线对早期新生大鼠(通常为3d龄)腰骶髓段(多采用L4)照射并同时对背根予以压榨或加冷冻致伤[1、8]

    正常大鼠出生后5d内,腰骶脊髓中的胶质细胞数量很少,白质中含有很少髓鞘化的轴突,到出生后第2周,白质中胶质细胞大量增加,髓鞘化程度也大大提高,中枢-外周移行区逐渐趋于完善。对3d的大鼠予以40GY的放射剂量照射,导致白质和灰质中胶质细胞的显著丧失和低髓鞘化状态,这种状态在出生后2周末时非常明显[1、7]。在X线照射背根损伤后60d观察,照射的脊髓及邻近神经根区域较未经放射处理的损伤大鼠的最大差别是缺乏由星形胶质细胞形成的胶质疤痕,脊髓表面的胶质界膜常仅由单层星形胶质细胞突起构成,在神经根的最近段区域和DREZ可见有神经纤维的长入,有髓鞘和无髓鞘的神经纤维成丛状分布于损伤神经根的近端,邻接的脊髓区域周围由星形胶质细胞的突起所包绕[3]。麦胚素-辣根过氧化物酶(WGA-HRP)标记技术在脊髓灰质中显示出再生的轴突,而未经放射处理的损伤大鼠DREZ未见神经长入[8]
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    经放射处理的背根损伤大鼠的另一个突出的特征是:在放射处理后的早期(9d)即可观察到雪旺细胞出现在脊髓内区域[8]。该现象在第3周已非常显著,氚(3H)标记胸腺嘧啶放射自显影分析揭示这些雪旺细胞来自脊髓外区域,并且能够在脊髓内环境中发生增殖。超微结构观察这些雪旺细胞能同其在外周部一样,包裹或使轴突髓鞘化,雪旺细胞包裹的轴突以及少突胶质细胞包裹的轴突混杂存在,表现出与中枢-外周移行区相似的结构。但是由少突胶质细胞形成的髓鞘比其正常情况和由雪旺细胞形成的髓鞘要薄得多,星形胶质细胞之突起仍然与少突胶质细胞结旁突起的终末袢直接接触,而雪旺细胞的迁移看来与放射导致星形胶质细胞的数量减少损伤了胶质界膜的屏障功能[8]和少突胶质细胞源性髓鞘形成受阻有关[8、9]

    放射/损伤后2个月或更长时间,雪旺细胞可出现于脊髓的腹侧灰质部分。在有些例子中,可观察到雪旺细胞与神经元之非常紧密的关系,雪旺细胞包绕神经元胞体的大部。突触素(Synaptophysin)抗体免疫组化观察发现,阳性产物出现于神经元核周体及其初级树突周围,超微结构观察显示两种细胞之间的间隙仅40~80nm,而没有基膜的间隔,这两种细胞的紧密关系不能除外两者间的突触关系。在该实验条件下雪旺细胞与神经元的这种关系与正常情况下星形胶质细胞与神经元的联系非常相似,提示雪旺细胞可能执行正常情况下由星形胶质细胞完成的一些功能[10]
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    Sims[11]将培养的星形胶质细胞注入放射/损伤大鼠脊髓内,发现这些注入的星形胶质细胞于脊髓表面形成厚厚的疤痕,与未注入星形胶质细胞的放射/损伤大鼠形成鲜明的对比。进一步观察揭示:重新形成的星形胶质细胞屏障阻止了背根的再生。

    3 问题和展望

    CNS内轴突的再生及背根再生入脊髓常常失败的重要原因是由于CNS的胶质细胞环境(星形胶质细胞和少突胶质细胞)[1],如何去除CNS胶质细胞的抑制作用,加强损伤神经元的再生能力是许多科研工作者正努力研究的问题。

    背根损伤引起的CNS传入纤维的顺行性溃变(瓦勒变性)促发CNS内非神经元细胞的形态和生化反应。早期的胶质细胞反应看来是一种损伤性适应性调节,有利于神经元的存活和功能恢复[12]。然而,反应性星形胶质细胞对神经系统起负向作用——抑制神经纤维再生[12]。反应性星状胶质细胞产生许多细胞外基质蛋白,如:硫酸软骨素糖蛋白(chondroitin-sulphate proteoglycans)[15]、硫酸皮肤素/角质素糖蛋白(dermatant/kerratan sulphate proteoglucans)[5],这些物质沉积于疤痕组织上而抑制神经再生,尤其是硫酸软骨素糖蛋白与轴突再生抑制密切相关[15]
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    星形胶质细胞不仅对损伤变性产物产生反应,而且对各种细胞因子敏感,如:TGFβ、FGF2、CNTF、IL-1、内皮因子-1等能促发反应性胶质化。如何阻断或抑制这些细胞因子的作用,将有助于抑制星形胶质细胞反应,进而抑制胶质瘢痕,而且可能直接影响抑制性蛋白多糖的分泌和降解,促进神经生长[15]

    George[13]在大鼠背根损伤模型中观察到存在于CNS的背根传入纤维的瓦勒变性反应(巨噬细胞反应、髓鞘碎片的清除)明显迟于背根的PNS部分,巨噬细胞的侵入对神经再生的支持作用[15]与髓鞘相关抑制性物质(神经突生长阻止物,NI)及髓磷脂相关糖蛋白(Myelin-associated glycoprotoin,MAG)等对神经生长的阻抑作用[13]看来与背根损伤的再生失败密切相关。血脑屏障的破坏能够促进循环中巨噬细胞的侵入,而背根损伤并不构成对血脑屏障的直接破坏,这可能是背根中枢部传入纤维延迟性瓦勒变性反应的一个重要原因[13]。而星形胶质细胞可能对小胶质细胞的吞噬活动起抑制作用[19]
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    GFAP表达作为衡量反应性胶质化的一个主要指标,其不仅影响星形胶质细胞形态结构的稳定性,而且决定其功能。黄其林在其研究中应用重组反义GFAP逆转录病毒不仅在体外能有效地抑制星形胶质细胞对损伤的反应,下调GFAP mRNA的表达,而且在体内能有效地抑制胶质疤痕的增生。提示通过调节GFAP的合成可能抑制星形胶质细胞的生长,从而抑制胶质瘢痕的增生[6]

    Broude[18]将切断之背根再植于成体宿主的胚胎脊髓组织,发现背根节的c-Jun表达明显增强,并且有再生纤维进入胚胎脊髓组织,这提示靶源性因素可能改变神经元的某些基因的表达。背根节的中枢突起之靶组织为CNS组织,而脊髓运动神经元的靶组织为雪旺细胞丰富的PNS组织,CNS组织的抑制性再生环境是CNS轴突及背根再生进入脊髓失败的决定性原因[15]。这说明神经元的再生不仅取决于神经元的再生能力,而且需要适当的基质,而雪旺细胞是促进离体周围神经轴突生长的最好基质[18]。放射/损伤大鼠的雪旺细胞侵入脊髓看来对再生具有积极的意义[1]。将移行区和背根节同时切除后的背根再植入脊髓,最近的研究以背角次级感觉神经元代替初级感觉神经元重建传入通路[1]。观察发现大量的背角神经元再生出新的突起进入植入的去除神经节的背根,并进一步延伸入外周。有些例子中可见与环层小体的连结,这些突起在CNS内表现为树突的特点,而在背根中表现为PNS的有髓纤维,同时还观察到有雪旺细胞侵入CNS组织[1、11]。这一全新的手术策略可能对治疗背根损伤具有重要意义。
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    收稿日期:1999-07-09, 百拇医药