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第14章 干细胞与疾病治疗

1.干细胞治疗心血管疾病

干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞,而干细胞的异常可能是心血管疾病发病的细胞学基础。

最近几年,干细胞技术的发展使细胞治疗在心脏疾病中的应用达到了一个新的高潮。

2.干细胞治疗脊髓损伤

脊髓损伤指的是周围神经损伤和肢体功能障碍,在神经损伤中占有12.5%,是当今世界疑难病症之一。

它是由于各种不同的致病因素引起脊髓结构、功能的损害,造成损伤平面以下运动、感觉、自主神经功能的障碍。涉及两下肢部分或全部躯干的损伤称为截瘫,四肢躯干部分或全部均受累者称为四肢瘫。

根据致病因素的不同,脊髓损伤可以分为外伤性及非外伤性脊髓损伤。

外伤性脊髓损伤多由跌仆及暴力致颈、胸、腰椎损伤导致,多发生于中青年体力劳动者。患者手术后肢体功能部分恢复,有的则不能恢复,常遗留半瘫或全瘫及大、小便失禁。

非外伤性脊髓损伤的原因包括细菌或过滤性病毒感染,脊椎良性或恶性肿瘤,脊椎的退化如骨刺或其他等。

数十年来,随着神经生物学的飞速发展,尤其是在细胞和分子水平上,对脊髓外伤后继发性损伤的病理机制和神经干细胞的研究不断深入,人们对攻克脊髓损伤越来越充满信心。

在治疗脊髓损伤的实验和临床研究中,科学家采取了一系列干预措施。主要针对以下3个阶段:

早期:减轻继发性损伤造成的损害。急性脊髓损伤发生后,由于损伤局部缺血、炎症反应、离子平衡紊乱、氧自由基过量产生等一系列因素造成原发损伤发展、恶化。通过采用离子通道阻滞剂、氧自由基清除剂等治疗措施可以减轻神经元和胶质细胞的继发性损伤。

中期:采取多种手段诱导损伤轴突再生,以替代损失的神经元和胶质细胞,促进髓鞘再生。

晚期:通过康复训练,恢复损伤节段以下脊髓的功能。为了达到治疗脊髓损伤的目的,科学家进行了一系列的组织和细胞移植实验。

目前,组织和细胞移植使用的移植物主要有胚胎中枢神经组织、外周神经、神经干细胞、雪旺氏细胞、嗅鞘细胞等。许多实验者观察到移植物与宿主脊髓组织整合良好,无明显排异反应,并可诱导再生轴突长入移植物内。

3.干细胞治疗运动神经元疾病

运动神经元病是以损害脊髓前角,桥延脑颅神经运动核和锥体束为主的一组慢性进行性变性疾病。

临床上由于过度运动神经元损害引起的瘫痪为其主要表现,其中以上、下运动神经元合并受损者为最常见,本病病因至今不明。虽然经许多研究,科学家提出过慢病毒感染、免疫功能异常、遗传因素、重金属中毒、营养代谢障碍以及环境等因素致病的假说,但还都没有得到证实。

从2004年至今,科学家曾经对确诊为运动神经元病的72例患者实施了自体骨髓干细胞移植,在手术期给予了营养神经等药物的治疗。

疗效评估以肌张力是否下降,言语不清、吞咽困难是否改善,抬头困难是否改善,肌束震颤次数是否减少,肌力是否增高为标准,如以上各项任何一种症状缓解即为有效。

其治疗结果显示为:5种症状均减轻者2例,任意4种症状得到缓解者6例,任意3种症状得到缓解者20例,任意2种症状得到缓解者28例,任意1种症状得到缓解者10例,所有上述5种症状均未得到缓解者6例。以上5种症状中的任何一种症状得到缓解均视为有效,有效率达92%,没有任何并发症出现。

因此,可以肯定的是自体骨髓干细胞移植具有改善运动神经元病功能障碍的可行性、近期疗效确切的效果。

4.干细胞治疗帕金森综合征

帕金森综合征又称“震颤麻痹”,是一种中枢神经系统变性疾病。

它主要是因位于中脑部位“黑质”中的细胞发生病理性改变后,多巴胺的合成减少,抑制乙酰胆碱的功能降低,则乙酰胆碱的兴奋作用相对增强。两者失衡,结果便出现了“震颤麻痹”,在医学上称为“原发性震颤麻痹”,即帕金森综合征。

黑质细胞发生变性坏死的原因到现在还不清楚,但有专家认为可能与遗传和环境因素有关。有学者认为蛋白质、水果、乳制品等摄入不足,嗜酒、外伤、过度劳累及某些精神因素等,均可能是致病的危险因素。

原发性病例好发于50~60岁,而且男性多于女性,少数病人有家族史。近年来专家通过治疗后提示纹状体多巴胺DA减少与本病的发生有密切关系。

最早的细胞移植治疗帕金森综合征开展于20世纪80年代,墨西哥的学者将患者自身肾上腺中取出来的多巴胺能嗜铬细胞移植到患者纹状体,并报道有明显的功能改善。根据PD(一种常见的中老年人神经系统变性疾病)的典型临床表现可作出临床诊断。

对于PD的早期治疗,左旋多巴(一种抗震颤麻痹药)已成功应用于临床,但其严重的并发症逐渐受到人们的关注。PD治疗中,神经营养类或抗凋亡类等药物,例如神经生长因子、神经营养素、脑源性神经营养因子、胶质细胞源性神经营养因子、转化生长因子b、免疫抑制剂环孢素A和FK506(一种免疫抑制剂)等,离体研究表明它们有神经保护和促进轴突生长的作用。

干细胞技术治疗PD可能是未来PD治疗中的重要方向。帕金森综合征是常见的神经组织变性疾病,以中脑黑质多巴胺(DA)神经元变性坏死和脑内出现致病元素为主要病理特点。

迄今为止,帕金森综合征的治疗仍以左旋多巴替代疗法为主,而长期使用左旋多巴常引起运动和精神障碍,与帕金森综合征本身一样有害,而且没有证据支持左旋多巴治疗能阻止DA神经元的变性。随着神经干细胞研究的逐渐成熟,神经干细胞移植将成为未来治疗帕金森综合征的主要发展方向。

目前完成的80例帕金森综合征,采用立体定向手术,手术风险较小,没有免疫排斥反应,细胞来源于本科实验室体外培养的干细胞。随访(8~30个月,平均24个月)结果表明,有效率为92%,显效率为76%。

5.造血干细胞治疗胰腺癌

日本东京一家医院利用移植造血干细胞治疗胰腺癌,并在一名患者身上取得了不错的疗效。

把别人的造血干细胞移植到胰腺癌患者体内,可以生成淋巴细胞,而淋巴细胞的免疫作用对癌症有抑制作用。东京一家医院在治疗一名晚期胰腺癌患者时,从其妹妹身上抽出含有造血干细胞的末梢血,注入患者体内,结果肿瘤缩小了20%,从移植前的10厘米减到8厘米。

但该医院表示,移植造血干细胞疗法在抑制癌细胞的同时,对正常的细胞可能也有损害作用,因此有必要通过免疫抑制剂等药物控制移植造血干细胞的副作用。然而,作为一种治疗癌症的新方法,只在一个人身上试验有效,还不能完全说明问题,今后还要科学家继续研究。

目前,医生们正在尝试使用移植造血干细胞疗法治疗肾癌和胃癌。

6.干细胞移植治疗肝脏疾病

细胞移植治疗急慢性肝脏疾病的移植方法较多,常用方法包括腹腔移植、脾移植、门静脉移植、肝动脉移植等。目前,动物实验进行较为广泛,各种途径的移植应用于急慢性肝病的治疗,而临床上主要以肝动脉方式移植最为常用。

腹腔移植:腹腔是干细胞移植最方便易行的治疗方法,但由于其有效的作用主要是通过肝脏受损伤时干细胞提供的细胞因子的作用,而并非腹腔内干细胞的增殖与分化的作用,而且受腹腔内干细胞分化、增殖条件的限制,基本没有临床应用的前景。

脾移植:脾内移植后第2~4周,在肝内可见到胚胎干细胞来源的干细胞增殖,说明脾脏内移植的胚胎干细胞有分化为成熟肝细胞的能力。移植在脾脏的干细胞虽然能在短期内达到改善肝功能的目的,但由于其不能在脾脏内形成有效的肝小叶等排泌结构,依赖于脾脏内干细胞的分化,长期效果主要是来源于由脾脏回流到肝脏的干细胞的分化增殖。

门静脉或肝内移植:理论上肝脏本身是肝细胞移植的最佳器官,因为门脉内含高浓度的嗜肝细胞因子和局部生长因子。肝内发现干细胞来源的肝细胞,而腹腔内移植则无此发现。经门静脉移植,干细胞可在不改变器官微结构的情况下与受体肝实质相融合。但临床应用中,移植后门静脉及肝小静脉血栓形成是影响其广泛应用的又一障碍。

肝动脉移植:采取患者自体骨髓分离纯化骨髓干细胞,通过肝动脉方式移植入肝脏中治疗慢性肝功能衰竭。自体骨髓干细胞移植治疗8周后,患者临床症状、肝功能和凝血机制明显改善。

7.干细胞治疗少儿脑瘫

“脑瘫”是脑性瘫痪的简称。小儿脑瘫是指小儿从出生前到出生后的1个月内,由于各种原因如病毒感染、胎位不正等导致小儿脑部损伤而造成的非进行性脑损伤。

其主要症状是中枢性运动障碍及姿势异常,可同时伴有智力发育障碍、癫痫、行为异常或感知觉障碍、语言障碍等,症状多在1岁内出现,是小儿时期比较常见的一种后果严重的致残性疾病。

小儿脑瘫的发病率约为1.5‰~5‰,它对孩子的健康和未来有着不可估量的不良影响。传统的医学观点认为脑细胞缺乏再生能力,因神经损伤而造成各种瘫痪病人的治疗恢复,一直是医学界需要研究攻克的难题。而随着神经干细胞研究的进展,移植治疗脑瘫将使受损的部分脑组织得到一定程度的修复,从而明显改善病人的症状。

关于其细胞的修复机制,目前国内外神经科学界比较一致:神经干细胞移植后可能主要通过两种途径促进损伤神经功能的恢复。

一种是替代作用,即通过替代已经损伤的神经细胞进行修复。另一种是营养作用,即通过分泌某些细胞因子,如神经营养因子等,促进机体的自我修复机制。

目前,神经干细胞移植治疗脑瘫在临床应用上也取得了非常明显的治疗效果,病人不但病情得到缓解,甚至恢复到了正常水平。

干细胞的研究和应用,也在不断地进步完善中,相信干细胞的治疗效果会越来越让人满意。

8.干细胞治疗心脏病

澳大利亚新南威尔士州约翰·亨特医学研究院日前进行了全球第一例用人类胚胎干细胞治疗冠心病的尝试。手术后,病人情况良好,并有望成功。有关专家为身患严重冠心病并已生命垂危的病人实施了人类首例胚胎干细胞注射治疗。

医生从病人的骨髓中抽取了干细胞,经过培植,注射进他的心脏组织,利用这些干细胞来修复或更换已经坏损的冠状动脉。

目前,对人类胚胎干细胞的研究工作仍处于基础阶段。尽管如此,一些专家还是认为从成人体内提取的干细胞能够修复人体受损的组织。在进行反复研究的过程中,人们就可以弄清并掌握干细胞生长成人体内具体组织的程序。

因此,科学家今后在利用干细胞培育不同的人体组织时,可对其进行更精确的控制。如果这一尝试最终获得成功,那么更多的心脏病患者将摆脱病魔,重新扬起生活的风帆。

9.干细胞治疗股骨头坏死

股骨头坏死是一种具有特殊破坏性的退行性病变,而且易发于年轻人,也常见于系统性红斑狼疮患者。发病机制与脂肪栓塞、血管内凝血、骨内高压和骨细胞脂肪性坏死有关。

现有的股骨头坏死的治疗方法种类繁多,但效果不满意。近10年来的实验和临床证明,血液干细胞能充分分化形成骨细胞,能有效再造股坏死区域的骨结构。血液干细胞中还会有血管内皮干细胞,后者是再造和新生血管的主要干细胞。

因此,对Ⅰ—Ⅲ期股骨头坏死病人进行髓蕊减压术加自体干细胞移植治疗,能形成新的良好成骨细胞,重建骨质结构,有效再造坏死区骨质,恢复和改善股骨病变区的血供,治疗效果显著并持久。

10.干细胞治疗心肌梗塞

急性心肌梗塞是指冠状动脉急性闭塞、血流中断,所引起的局部心肌缺血性坏死。它的临床表现有持久的胸骨后疼痛、休克、心律失常和心力衰竭,并有血清心肌酶增高以及心电图的改变。

目前,急性心肌梗塞的表现症状有很多种:

疼痛是此病最突出的症状。发作多无明显诱因,而且常发作于安静时,疼痛部位的性质与心绞痛相同,但疼痛程度较重,持续时间久,有长达数小时甚至数天,用硝酸甘油无效。病人常常会感觉烦躁不安、出汗、恐惧或有濒死感。少数病人不会疼痛,起病就表现休克或急性肺水肿。

另外,20%的病人可伴有休克,多在起病后数小时至1周内发生。病人面色苍白,烦躁不安,皮肤湿冷,而且脉搏细弱,血压下降,甚至昏厥。如果病人只有血压降低而无其他表现者称为低血压状态。

休克发生的主要原因有:首先,由于心肌遭受严重损害,左心室排出量急剧降低(心源性休克);其次,剧烈胸痛会引起神经反射性周围血管扩张;此外,有因呕吐、大汗、营养摄入不足所致血容量不足的因素存在。

约75%~95%的病人伴有心律失常,多见于起病1~2周内,而以24小时内最多见,心律失常中以室性心律失常最多,如室性早搏,部分病人可出现室性心动过速或心室颤动而猝死。房室传导阻滞、束支传导阻滞也不少见,室上性心律失常较少发生。前壁心肌梗塞容易发生束支传导阻滞,下壁心肌梗塞容易发生房室传导阻滞,室上性心律失常则多见于心房梗塞。

梗塞后心脏收缩力显著减弱而且不协调,因此在起病最初几天容易发生急性左心衰竭,出现呼吸困难、咳嗽、烦躁、不能平卧等症状。严重者发生急性肺水肿,可有紫绀及咳大量粉红色泡沫样痰,后期可有右心衰竭,右心室心肌梗塞者在开始即可出现右心衰竭。

全身症状的表现有发热、心动过速、白细胞增高和红细胞沉降增快等。这主要是由于组织坏死吸收所引起,一般在梗塞后1~2天内出现,体温一般在38℃左右,很少超过39℃,持续约1周左右。

目前,最常用的治疗方法能确保对心脏的损伤不会恶化或复发,但这一疗法却无法修复已经发生的损伤。

由于胚胎干细胞能产生机体中不同类型的细胞,因此研究人员研究了干细胞修复因心脏病发作导致的肌肉损伤的可能性,并且获得了相当令人振奋的结果。实验中,研究人员诱导大鼠发生心肌梗塞,然后将鼠胚胎干细胞注射到受损的心肌中。过一段时间,这些移植的干细胞变成了心脏细胞,与周围的肌肉融合在一起并且减少了通常与心脏病有关的伤痕。在3周内,研究人员观察到小鼠的心脏功能有所改善——尤其是在受损区域中比较明显。这种修复功能在接下来的12周都没有消失。而且,在接受干细胞移植的心脏中,对压力的反应也较好并且不会出现死亡或表现出心率异常。

因为胚胎干细胞移植起效较快,并且不会因为治疗结束而消失,这就意味着干细胞在长期的心脏疾病治疗中具有巨大的治疗潜力。通过使受损的心肌层再生并促进心脏修复,胚胎干细胞为减少因心脏病发作导致的残疾或死亡,提供了一个治愈的机会。

11.干细胞治疗糖尿病足

糖尿病足是糖尿病患者特有的临床表现,是糖尿病严重的血管并发症之一,也是糖尿病病人致残致死的重要原因。

它大多发生在年龄较大、病程长而且控制不佳的患者。若合并下肢动脉硬化,则会引起肢体缺血、出现间歇性跛行及休息痛、夜间痛,严重时足背动还会引起脉搏动减弱或消失,导致组织缺血性坏死。若再合并神经病变,下肢感觉减退或消失,局部抵抗力减弱,微小的创伤,如不合脚的鞋挤压、局部出现胼胝、鸡眼处理不当、皮肤轻微外伤,即可造成感染。由于痛觉减弱或消失,人们不能及时发现病变,从而使伤口迅速扩大,造成足部感染,足底溃疡,足趾足跟坏疽。

目前,人们对糖尿病足传统的治疗方法是截肢。然而,截肢不仅影响病人的生活质量,而且给社会和病人家庭都会带来负担,因此大多数病人和家属都不愿意接受。

最近几年来,一些科学家探索新的方法,应用自体血管行下肢小腿或足部动脉搭桥的方法治疗患者取得了一定成效,在此基础上开展的自体骨髓干细胞移植治疗糖尿病足也取得了成功。目前,这一方法已在100余例病人身上得到了治疗,并且绝大部分患者保住了肢体,从而也挽救了性命。

而且最近科研人员又开展了自体外周血干细胞移植治疗糖尿病足,也取得了成功,达到了治疗目的。而传统观点认为成体只存在血管形成,由原先存在的血管内皮以出芽、分裂、增殖等方式形成毛细血管丛。这种形式常见于子宫内膜增生、创伤愈合、肿瘤生长和播散等病理、生理过程中。

近来的研究表明体内尚存在血管生成,由血管内皮祖细胞原位分化为原始毛细血管网。这一生理过程原以为仅见于胚胎形成初期的血管发生,成体中的内皮祖细胞存在于骨骼和外周血中,并在某些因子的作用下动员到缺血区域,参与血管新生。由于皮内祖细胞增殖分化能力明显高于内皮细胞,所以由内皮祖细胞形成血管的规模和循环重建的程度要明显增大。动物实验已经证实来源于骨髓或外周血的内皮祖细胞能够在血管损伤部位分化形成新生血管,进而改善肢体血供。由于这种细胞治疗的干细胞取自患者本人,因此不存在免疫排斥及胚胎干细胞所涉及的伦理问题。日本已率先开展了一期临床应用,实验证明,37%的缺血肢体血供得到改善,踝肱指数增加,造影显示有明显的侧支血管生成,降低了截肢率,促使大部分溃疡愈合。更为重要的是,该试验没有出现任何相关的并发症,临床综合性和有效性都得到了初步肯定。

知识小百科

糖尿病足的发病机理

神经病变导致感觉障碍是引起糖尿病足的基础。

肢体血管的植物神经病变使血管运动减弱,局部组织抵抗力降低,微小创伤即可引起感染,而又因局部感觉障碍,微小的病变不能及时治疗,导致伤口迅速扩展。同时因为肢体感觉障碍,还易导致烫伤。神经病变可引起足部小肌肉萎缩,由于长肌无对抗性牵拉,形成爪状足趾(特别是第三、四及五趾)。这种畸形使跖骨头成为足底负重的支撑点,摩擦之后,就会有胼胝形成,极易发生感染及穿透性溃疡,重者扩散至附近的骨骼引起骨炎。由于深感觉消失而关节运动反射也有障碍,病人在不自觉的情况下,有些关节负荷过度,失去对多次重复创伤的保护性作用,使关节及关节面变得很不规则,容易出现骨折、关节脱位和半脱位,特别是跖趾关节。

下肢发生动脉硬化导致足部缺血,促使糖尿病足的发生。

下肢发生动脉硬化后引起足部缺血,特别是足趾,加上小血管及微血管病变,使足趾血压下降到全身血压的一半或更低。患者常在夜间熟睡时因足趾疼痛而醒,而且需行走几步才能缓解。在某些需要迅速增加血循环的情况下(如外伤、感染、过冷及过热等)血流不能相应增加,可引起坏疽。

感染是引起糖尿病足的导火索。

神经病变及缺血容易引起局部创伤,继而引发严重感染。轻微的创伤如足底的压疮,趾甲修剪得过短,足癣治疗不当,都可引起继发感染。在足底压力负荷部位,皮肤及皮下纤维脂肪组织均可增厚,一旦足跟部有了感染,则容易迅速向四周扩散,韧带创伤可使感染扩散,引起跖骨骨髓炎,根据缺血的程度而发生湿性、干性和混合性坏疽。