脊髓损伤微环境改变嗅鞘细胞自体移植疗效的机制研究

《Stem Cell Research & Therapy》：Spinal cord injury alters the therapeutic potential of olfactory ensheathing cells harvested in an autologous transplantation model

本研究针对脊髓损伤(SCI)后自体细胞移植疗效不佳的临床难题，通过对比健康来源与损伤后来源的嗅鞘细胞(bOECs)在移植后的修复效果，首次揭示损伤微环境通过改变bOECs的分子表型和免疫调节功能，进而削弱其促进神经再生能力的机制。该发现为优化细胞治疗策略提供了重要理论依据。

　　

当脊髓遭受严重损伤时，患者往往面临终身瘫痪的困境。虽然细胞移植疗法在动物实验中展现出促进神经再生的潜力，但临床转化效果却始终不尽如人意。这种差异背后的关键因素之一在于：临床治疗通常使用患者自身的自体细胞，而大多数基础研究则采用健康供体的细胞。那么，一个至关重要的问题浮出水面——脊髓损伤这一疾病状态本身，是否会改变用于移植的细胞的功能特性？

为了解答这一疑问，由Quentin Delarue和Nicolas Guérout领导的研究团队开展了一项创新性研究，成果发表于《Stem Cell Research & Therapy》。研究人员将目光投向了嗅鞘细胞(OECs)，这是一类存在于嗅觉系统中的特殊胶质细胞，因其能支持嗅觉神经元终生再生而备受神经修复领域的关注。研究团队设计了一个巧妙的实验：分别从健康小鼠和脊髓损伤后7天的小鼠的嗅球(OB)中提取并培养嗅球来源的嗅鞘细胞(bOECs)，然后将这两类细胞移植到接受脊髓损伤手术的受体小鼠体内，系统比较它们的治疗效果。

研究发现，脊髓损伤显著改变了嗅球微环境。与健康来源的bOECs(bOECs H)相比，损伤后来源的bOECs(bOECs I)在基因表达谱上发生了深刻变化，其分泌的因子更倾向于促炎表型。当移植到受损脊髓后，bOECs I表现出显著减弱的修复能力。它们无法有效缩小纤维化瘢痕面积，改善脱髓鞘病变，也难以促进感觉运动功能恢复。在保护神经元存活、支持轴突生存和维持突触完整性方面，bOECs I的效果远逊于bOECs H。机制上，bOECs I分泌的促炎介质促使脊髓内的小胶质细胞/巨噬细胞(Mφ-Mi)向促炎方向极化，加剧了局部的炎症环境，从而不利于神经修复。这项研究首次明确揭示了病变微环境对移植细胞功能的不利影响，对理解自体细胞治疗的局限性、开发更有效的神经修复策略具有里程碑意义。

为开展此项研究，作者团队运用了几个关键技术方法：首先建立了成熟的小鼠T9水平脊髓部分横断损伤模型，并立即进行细胞移植；通过流式细胞术分析了原代bOECs培养物中OECs(p75⁺)和基质细胞(PDGFRβ⁺)的比例；利用体外条件培养基(CM)共培养体系，研究了bOECs分泌组对BV2小胶质细胞系极化的影响；综合运用了Locotronic足部误放测试、Hargreaves热板试验和CatWalk XT步态分析系统进行多层次的行为学评估；并通过免疫组织化学技术对脊髓切片中的纤维化瘢痕(PDGFRβ)、星形胶质细胞(GFAP)、髓鞘(MBP)、神经元(NeuN)、小胶质细胞/巨噬细胞(Iba1/CD86/CD206)以及轴突示踪(BDA)和突触标记(vGlut1)进行了定量分析。

SCI alters cell proportion and gene expression in bOECs cultures

研究人员发现，脊髓损伤后，嗅球的细胞组成发生了改变。培养自损伤后小鼠嗅球的bOECs I中，真正的嗅鞘细胞(p75⁺比例)显著减少，而基质细胞(PDGFRβ⁺比例)相应增多。更重要的是，qRT-PCR分析显示，bOECs I的基因表达谱发生了重编程，多个与细胞外基质(ECM)重塑、轴突可塑性、免疫调节和生长因子相关的基因表达发生改变，提示其内在功能特性已受损。

The survival of bOECs derived from healthy mice and from SCI mice is identical

通过生物发光成像和tdTomato荧光标记细胞追踪，研究证实bOECs H和bOECs I在移植后的存活率没有显著差异。这表明两组细胞治疗效果的不同并非由于移植后细胞存活数量的差异所导致，而是源于其功能状态的本质区别。

Transplantation of bOECs I does not promote tissue regeneration and functional recovery during the early stage after SCI

在损伤后早期(14天)，行为学测试结果清晰显示，移植bOECs H能显著改善小鼠的运动协调性(减少足部错误和缩短穿越时间)和感觉恢复(缩短热刺激缩足潜伏期)，而移植bOECs I则效果甚微。组织学分析与之吻合：bOECs H能有效减小纤维化瘢痕(PDGFRβ⁺面积)，缩小星形胶质细胞缺失区(GFAP^-面积)，并减少脱髓鞘区域(MBP^-面积)，而bOECs I则无此显著效果。

Transplantation of bOEC I exerts only modest therapeutic effects on both functional recovery and tissue regeneration in the context of late-stage spinal cord injury

在损伤后期(56天)，bOECs H的治疗优势依然明显，其在运动功能恢复和步态改善方面持续优于bOECs I组和未治疗组。虽然bOECs I在后期也表现出一定的瘢痕调节趋势，但效果远不如bOECs H稳定和显著。特别值得注意的是，bOECs H移植增加了瘢痕内促再生分子层蛋白(laminin)的相对含量，这表明其营造了更有利于轴突生长的微环境。

Transplantation of bOECs I fails to promote neuronal survival and synaptogenesis

在神经保护与环路重建方面，bOECs H展现出强大能力。它能显著增加损伤区域附近(头侧和尾侧)的神经元(NeuN⁺)密度，增强神经元周围网络(PNN, WFA标记)的表达，并促进轴突出芽/存活(BDA⁺纤维)以及与突触前终末(vGlut1⁺)的耦联。这些效应在损伤后14天和28天尤为明显。相比之下，bOECs I在这些关键指标上均未能表现出显著的促进作用，说明其支持神经回路修复的能力严重不足。

Transplantation of bOEC I promotes macrophage and microglial reactivity

免疫调节机制是bOECs发挥功能的关键。研究发现，虽然两组移植细胞对脊髓内小胶质细胞/巨噬细胞(Iba1⁺)的总数影响不大，但它们对细胞极化的影响却截然不同。体内实验显示，bOECs H能促使Mφ-Mi向抗炎表型(CD206⁺比例升高)转化，而bOECs I在后期反而与促炎表型(CD86⁺比例升高)相关。体外实验进一步证实：bOECs H的条件培养基能抑制BV2小胶质细胞的促炎基因表达；而bOECs I的条件培养基则显著上调了Ccl5、Cxcr4、Il18等一系列促炎因子的表达，表明bOECs I本身获得了促炎特性，从而恶化了移植部位的免疫环境。

本研究通过严谨的体内外实验证实，脊髓损伤的系统性疾病状态会“玷污”源自病变个体的嗅鞘细胞，使其功能由“修复者”转变为“旁观者”甚至“促进炎症者”。这种功能损害主要体现在其改变了的分泌组无法有效调节受损脊髓的免疫微环境，从而失败于抑制纤维化瘢痕、保护神经元和促进轴突再生等关键修复环节。这一发现深刻揭示了当前基于自体细胞的治疗策略在临床应用中出现疗效不一致的内在原因，挑战了“自体细胞总是最优选择”的传统观念。它不仅为理解细胞治疗的作用机制提供了新视角，更重要的是，为未来开发更有效的细胞治疗产品指明了方向：需要考虑细胞来源的“健康状态”，或通过体外“再教育”策略改善病变细胞的功能，从而真正发挥细胞移植在神经修复中的巨大潜力。