间充质干细胞修复大动物模型脊髓损伤疗效评价的Meta 分析

中国组织工程研究 ›› 2020, Vol. 24 ›› Issue (在线): 3-.

间充质干细胞修复大动物模型脊髓损伤疗效评价的Meta 分析

孔德胜^1，2，何晶晶^1，2，冯宝峰^1，2，郭瑞云^1，2，Asiamah Ernest Amponsah^1，2，吕飞^1，2，张舒涵^1，2，张晓琳³，马隽^1，2，4，崔慧先^1，2，4

¹ 河北医科大学- 爱尔兰国立高威大学干细胞研究中心，河北省石家庄市 050017；² 河北省干细胞医学转化工程研究中心，河北省石家庄市 050017；河北医科大学，³流行病与卫生统计学教研室，⁴ 解剖教研室，河北省石家庄市 050017

出版日期:2020-12-08 发布日期:2020-07-24
通讯作者: 通讯作者：马隽，博士，副教授，河北医科大学- 爱尔兰国立高威干细胞研究中心，河北省干细胞医学转化工程研究中心，河北医科大学解剖教研室，河北省石家庄市 050017 共同通讯作者：崔慧先，博士，教授，河北医科大学- 爱尔兰国立高威干细胞研究中心，河北省干细胞医学转化工程研究中心，河北医科大学解剖教研室，河北省石家庄市 050017
作者简介:孔德胜，女，1989 年生，河北省邢台市人，汉族，河北医科大学博士后，主要从事干细胞对神经系统损伤修复的研究。
基金资助:
河北省高层次人才资助项目(B2019005009)，项目负责人：孔德胜；国家自然科学基金青年项目(81801278)，项目负责人：马隽；河北省自然科学基金面上项目(H2019206637)，项目负责人：马隽

Efficacy of mesenchymal stem cells in the spinal cord injury of large animal models: a meta-analysis

Kong Desheng^{1, 2}, He Jingjing^{1, 2}, Feng Baofeng^{1, 2}, Guo Ruiyun^{1, 2}, Asiamah Ernest Amponsah^{1, 2}, Lü Fei^{1, 2}, Zhang Shuhan^{1, 2}, Zhang Xiaolin³,Ma Jun^{1, 2, 4}, Cui Huixian^{1, 2, 4}#br#

¹Hebei Medical University-National University of Ireland Galway Stem Cell Research Center, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China; ²Hebei Research Center for Stem Cell Medical Translational Engineering, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China; ³Department of Epidemiology and Health Statistics, ⁴Department of Anatomy, Hebei Medical University, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China

Online:2020-12-08 Published:2020-07-24
Contact: Corresponding author: Ma Jun, MD, Associate professor, Hebei Medical University-National University of Ireland Galway Stem Cell Research Center,Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China; Hebei Research Center for Stem Cell Medical Translational Engineering, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China; Department of Anatomy, Hebei Medical University, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China Co-corresponding author: Cui Huixian, MD, Professor, Hebei Medical University-National University of Ireland Galway Stem Cell Research Center, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China; Hebei Research Center for Stem Cell Medical Translational Engineering, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China;Department of Anatomy, Hebei Medical University, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China
About author:Kong Desheng, MD, Hebei Medical University-National University of Ireland Galway Stem Cell Research Center, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China;Hebei Research Center for Stem Cell Medical Translational Engineering, Shijiazhuang 050017, Hebei Province, China
Supported by:
the High-Level Talent Funding Project in Hebei Province, No. B2019005009; the Youth Program of National Natural Science Foundation of China, No. 81801278; the General Program of Natural Science Foundation of Hebei Province, No. H2019206637

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
脊髓损伤：是一类常见中枢神经系统疾病，由于损伤后轴突再生功能障碍，可导致神经功能的毁灭性永久性丧失，从而造成大脑与身体的“连接中断”，最常见的临床症状表现为肢体瘫痪。迄今为止，脊髓损伤的疗效不佳，亟待探索有效新疗法。
间充质干细胞：可从多种祖细胞组织，如骨髓、骨骼肌、脂肪组织、脐带、胎盘和羊膜中分离，较其他类型体细胞更易获得，被认为是一种最具潜力的细胞治疗来源。由于间充质干细胞具备低伦理争议、增殖迅速、高生存力、高活力等细胞特性，同时具有神经分化潜能，并且可以通过旁分泌途径分泌生长因子，提示其可作为未来脊髓损伤临床治疗的最佳优势选择之一。

摘要

目的：间充质干细胞移植作为具有发展前景的脊髓损伤的治疗方法之一，目前大多集中于小动物模型相关研究，大动物实验开展较少，并且对干细胞的种类选择与治疗效果仍存在争议。文章通过Meta分析间充质干细胞对大动物模型脊髓损伤相关指标的影响，评价其对脊髓损伤修复的作用。

方法：计算机检索PubMed、Cochrane、OVID、Web of Science和中国知网，检索时限从建库起至2019年12月，收集关于间充质干细胞治疗大动物脊髓损伤的系列研究。由2位研究者按照纳入标准独立完成文献筛选、资料提取及方法学质量评价，采用Stata16.0进行Meta分析。

结果：最终10篇文献纳入研究，Meta分析结果显示：①间充质干细胞可显著改善脊髓损伤后运动功能[I2=97.73%，MD=3.94，95%CI (2.15， 5.72 )，P < 0.01]，并根据细胞来源、观察时间、移植时机、移植方式和移植类型分不同进行亚组分析：骨髓间充质干细胞组、非骨髓间充质干细胞组、短时间观察组(<2个月)、长时间观察组(≥2个月)、急性期移植组、非急性期移植组、单纯细胞移植组、异种移植组的运动评分明显高于对照组(P < 0.01)；而支架复合移植组运动评分相较对照组，差异无显著性意义(P > 0.05)；②间充质干细胞治疗组的损伤面积明显小于对照组[I2=98.05%，MD=-1.00，95%CI (-1.95，-0.04 )，P=0.04]；③间充质干细胞治疗组与对照组之间胶质纤维酸性蛋白相对表达量差异无显著性意义[I2=99.48%，MD=80.61，95%CI (-27.48，188.70 )，P=0.14]。

结论：间充质干细胞移植治疗对脊髓损伤的运动功能和损伤修复有明显改善作用，且安全性较高。受纳入文献质量的限制，以上结论需更高质量、更大样本的随机对照实验加以验证。

关键词: 干细胞, 间充质干细胞, 脊髓损伤, 大动物, 实验, 运动功能, 蛋白, Meta分析

Abstract:

OBJECTIVE: Mesenchymal stem cells transplantation is a promising treatment for spinal cord injury. Most of studies focused on small animal models. In large animal experiments, there are still controversies in selection of stem cells and therapeutic effect. This article analyzed the effects of mesenchymal stem cells on related indicators of spinal cord injury in large animal models and evaluated their effects on spinal cord injury repair.

METHODS: PubMed, Cochrane, OVID, Web of Science and CNKI databases were retrieved before December 2019. A series of studies on the treatment of spinal cord injury in large animal models by mesenchymal stem cells were collected. According to the inclusion criteria, two researchers independently completed literature screening, data extraction and methodological quality evaluation, and meta-analysis was conducted with Stata16.0.

RESULTS: A total of 10 articles were included. The results of meta-analysis showed that: (1) Mesenchymal stem cells could significantly improve motor function after spinal cord injury [I2=97.73%, MD=3.94, 95%CI (2.15, 5.72), P < 0.01]. Based on cell source, observation time, intervention phase, transplantation mode and graft type subgroup analysis showed that motor scores of bone marrow mesenchymal stem cells group, non-bone marrow mesenchymal stem cells group, short-term observation (< 2 months) group, long-term observation (≥ 2 months) group, acute stage group, non-acute stage group, cells group and allograft group were significantly higher than those of control group (P < 0.01). There was no significant difference in motor score between scaffold group and control group (P > 0.05). (2) The injury size in mesenchymal stem cells treatment group was significantly smaller than that in the control group [I2=98.05%, MD=-1.00, 95%CI (-1.95, -0.04), P=0.04]. (3) There was no significant difference in the relative expression of glial fibrillary acidic protein between the mesenchymal stem cells treatment group and the control group [I2=99.48%, MD=80.61, 95%CI (-27.48, 188.70), P=0.14].

CONCLUSION: Mesenchymal stem cells transplantation has a significant improvement on the motor function and injury repair of spinal cord injury, and the security is high. Due to the limitation of the quality of the included literatures, the above conclusions need to be validated by high-quality and large-sample randomized controlled trials.

Key words: stem cells, mesenchymal stem cells, spinal cord injury, large animals, experiment, motor function, protein, meta-analysis

中图分类号:

孔德胜, 何晶晶, 冯宝峰, 郭瑞云, Asiamah Ernest Amponsah, 吕飞, 张舒涵, 张晓琳, 马隽, 崔慧先. 间充质干细胞修复大动物模型脊髓损伤疗效评价的Meta 分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(在线): 3-.

Kong Desheng, He Jingjing, Feng Baofeng, Guo Ruiyun, Asiamah Ernest Amponsah, Lü Fei, Zhang Shuhan, Zhang Xiaolin, Ma Jun, Cui Huixian. Efficacy of mesenchymal stem cells in the spinal cord injury of large animal models: a meta-analysis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2020, 24(在线): 3-.

参考文献

引言

脊髓损伤是指由于外界直接或间接因素导致脊髓损伤，在损害的相应节段出现运动、感觉丧失和肌张力异常及病理反射等异常改变，给患者及其整个家庭带来极其沉重的精神心理及经济压力[1]。权威研究报道，2016 年全球脊髓损伤患者新增27 000 000 例，国内新增脊髓损伤患者4 339 654 例，主要由于高处坠落和交通意外造成[2]。目前脊髓损伤的常规治疗方法主要有手术治疗、牵引固定非手术治疗、激素神经营养物质等药物治疗，但是效果不佳。那么，如何实现神经轴突的再生和脊髓功能的重建，仍是脊髓损伤治疗中面临的最大挑战。近年来，以干细胞为代表的细胞生物技术在脊髓损伤修复中发挥巨大作用，具有独特优势，引发科研人员与医务工作者的广泛关注，已经开展大量临床前实验。中国已有3 个临床备案和4 个中国临床中心注册的干细胞治疗脊髓损伤项目，其干细胞种类均为间充质干细胞，间充质干细胞治疗脊髓损伤表现出了巨大的潜力和应用前景，为脊髓损伤患者的运动、感觉功能重建带来了新的曙光。

间充质干细胞是目前最具有应用前景的一类干细胞，自体/ 异体移植免疫排异反应极低，并且制备技术成熟、生产监管要求明确。间充质干细胞具有多种生物学功能和广泛的组织再生修复潜能[3]，可以归巢迁移到损伤区域并与受损组织结合[4]，通过分泌各种神经营养因子、细胞因子和/ 或通过靶细胞上的特定受体激活信号通路，介导免疫调节、抗凋亡和抗炎作用。多项研究证实间充质干细胞具有促进脑和脊髓神经组织再生能力，支持间充质干细胞具有治疗神经退行性疾病和创伤性脑脊髓损伤的潜力[5-6]。

目前，间充质干细胞疗法的临床前研究通常使用小型实验动物( 大鼠、小鼠) 作为模型，检测受损组织的结构和功能恢复情况。然而，小动物和人类种属差异大，小动物实验结果不能准确反映与预测人类研究结果，因而对临床试验的支撑、指导效果不甚理想[7]。因此，科研人员将目光转向非人灵长类动物和其他大型动物( 如猪、狗和猴)，将其作为中间临床前模型，承启啮齿类小动物模型结果与人类临床试验，期待获得更为准确的实验数据支持，研发更有效的治疗方法，为揭示疾病机制、药物开发、生物组织工程以及电生理和康复研究提供更广阔的平台[8]。因此，该研究筛选了应用大动物模型开展间充质干细胞治疗脊髓损伤的相关文献，并在此基础上进行数据提取、结果评价和 Meta 分析。

材料方法

讨论

脊髓损伤是脊柱外科一种常见的创伤性疾病，导致神经元死亡、功能性运动和感觉丧失，通常会引起损伤面以下躯体感觉与功能的严重障碍，丧失生活自理能力。脊髓损伤具有发病率高、治愈率低、致残率高、并发症多的特点，给患者、家庭、社会带来沉重的医疗压力与经济负担。脊髓损伤病理生理过程中最关键的阶段是继发性损伤，即随后发生的不受控制的破坏性级联反应，伴随着异常的分子信号、炎症、血管变化和继发性细胞功能障碍。脊髓损伤后的面积或体积，可直接代表损伤程度，而脊髓损伤运动功能评分则标志着功能损伤程度，且不同类型动物具有不同的评分系统，如评价小鼠的BMS 评分系统[20]、大鼠的BBB 评分系统[21]、大动物的Obly 评分等[11]。胶质纤维酸性蛋白基因激活和蛋白诱导在中枢神经损伤和神经退行性变后星形胶质细胞活化中起着重要作用。在创伤性脑和脊髓损伤之后，胶质纤维酸性蛋白及其分解产物迅速释放，使其成为此类神经系统疾病的有力候选生物标记物[22]。ROPPER 等[23] 在脊髓损伤后通过免疫荧光和Western blot 测量损伤部位胶质纤维酸性蛋白的表达含量，结果显示间充质干细胞和支架组在移植早期可以明显减低胶质纤维酸性蛋白的表达，与损伤部位星形胶质增生状态和严重程度相关。

间充质干细胞的应用是最重要、最有前途的治疗策略之一[6]。在大鼠脊髓损伤模型中，间充质干细胞可促进抑炎型M2 巨噬细胞增多，维持促进再生的局部环境，进而促进修复[24]，同时可抑制肿瘤坏死因子α 和白细胞介素 1β 的表达，增强白细胞介素10、脑源性神经营养因子和胶质细胞源性神经营养因子的表达，具有抗炎和营养神经的作用，改善损伤引起的疼痛[25]。

然而，临床前研究主要集中在小动物模型上，大量啮齿类动物实验如大鼠、小鼠表明间充质干细胞可以改善脊髓损伤的功能修复[26-29]。虽然啮齿动物是研究脊髓损伤机制和治疗发展的宝贵模型，但大型哺乳动物，特别是非人灵长类动物，与人类的体型、神经解剖学和生理学更为相似，其结果更为可靠。该研究聚焦于大动物脊髓损伤模型，分析间充质干细胞的疗效，为临床转化提供更可靠的依据。实验研究表明，比格犬急性脊髓损伤后给予间充质干细胞，免疫荧光发现间充质干细胞可分化为 NF160 和 NeuN 阳性的神经元细胞，进而提高运动评分，改善运动功能[30]。

共纳入10 个研究进行Meta 分析，以运动评分，损伤部位面积和胶质纤维酸性蛋白的表达水平作为评价指标。在运动功能修复方面，结果显示间充质干细胞可以明显提高脊髓损伤后运动评分 [95%CI (2.15，5.72 )，P < 0.01]，这与既往在小动物实验中的结果一致。这可能与间充质干细胞释放各种神经营养因子有关，提供适当的微环境，从而促进功能恢复，绝大多数研究表明间充质干细胞均能在一定程度上改善运动功能。根据不同细胞来源分类进行亚组分析表明无论骨髓间充质干细胞或非骨髓间充质干细胞均可改善运动功能，但二者功能评分的95%CI 相近[ (1.53-6.93) vs. (0.84-6.33)]。有研究将脂肪间充质干细胞和骨髓间充质干细胞移植治疗中、重度小鼠脊髓损伤模型，结果显示在中度损伤模型中，脂肪间充质干细胞促进 CD31 阳性血管内皮细胞增殖，PKC 阳性皮质脊髓束轴突增多，进而增加神经保护作用，促进功能恢复，并且优于骨髓间充质干细胞；而两种干细胞在重度损伤模型的治疗中没有明显作用[33]。 RYU 等[30] 将来源于脂肪、骨髓、华通胶的间充质干细胞用于治疗比格犬脊髓损伤，结果显示不同来源间充质干细胞对运动功能均有改善，明显优于对照组，并且脐带间充质干细胞具有更明显的神经保护作用和炎症抑制作用。在移植时机亚组中，间充质干细胞对急性期和非急性期脊髓都有良好的作用，在非急性期的优势更为明显，这可能是在脊髓损伤的继发损伤中，间充质干细胞发挥了更大的作用[8]。此外，该研究显示单纯细胞移植治疗对运动功能的修复作用更优，与LI 等[34] 认为干细胞复合胶原支架效果更佳不符。这可能与造模方式有关，复合支架移植组多为脊髓横断法造模，脊髓损伤较重，而单纯移植组多为脊髓压迫或钳夹法造模，需更多相关研究证实。

在对局部脊髓损伤部位的修复作用分析中，结果显示间充质干细胞可明显促进损伤修复，减少损伤面积[95%CI (-1.95，-0.04 )，P=0.04]，这一结果与运动功能的改善相一致。间充质干细胞移植后可减少损伤部位炎性因子的表达和增加神经营养因子的表达[35]， MUNISWAMI 等[36] 发现间充质干细胞移植后可表达多类神经细胞标记物，如 MAP2、NF、NeuN，向神经方向分化，这些作用都可促进损伤修复，减小损伤面积。胶质纤维酸性蛋白为炎症引发反应性星形胶质细胞增多的标志物，间充质干细胞注射可以减少损伤部位胶质纤维酸性蛋白的表达[25，37]，在大鼠脊髓损伤模型中给予人间充质干细胞和支架治疗组的表达量最低[23]。KRUPA 等[33] 研究显示脐带间充质干细胞治疗大鼠脊髓损伤可明显减低胶质纤维酸性蛋白在基因水平的表达，减少胶质瘢痕化。但该研究中间充质干细胞组与对照组相比较，胶质纤维酸性蛋白的表达水平并无明显差异，可能与分析中纳入研究较少有关。

此次研究的不足之处：①目前尚缺乏规范的动物实验Meta 分析的质量评价体系，该研究文献质量评价无标准定量；②纳入文献的部分结局指标存在发表偏倚，敏感性分析结果显示模型稳定性稍差，可能由于研究样本量太少所致，若想获得研究结果的可靠性，仍需大样本、高质量的文献研究纳入分析。

综上所述，通过Meta 分析表明，间充质干细胞可以有效改善大动物脊髓损伤运动功能，促进损伤部位修复，对进一步开展临床研究有指导意义。基本可以肯定，间充质干细胞在脊髓损伤的治疗中发挥着积极、有效的作用，今后有待开展临床试验对安全性、有效性进行进一步评估。但受纳入研究质量所限，该研究结论尚需更多高质量的研究加以验证。

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