脑损伤修复与再生ppt课件

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1、神经系统损伤,普遍性,治疗的艰巨性,神经损伤与再生 Nerve Injury and Regeneration,神经损伤后神经元胞体反应 外周神经损伤后轴突溃变与再生 胶质细胞对中枢神经系统再生的影响 中枢神经系统损伤后再生困难的原因 中枢神经系统损伤后的修复策略 轴突损伤后影响神经元死亡或存活的因素 神经干细胞在脊髓损伤修复中的应用前景,掌 握,了 解,2006级临床医学八年制神经损伤后神经元胞体及轴突的反应 胶质细胞对中枢神经系统再生的影响 胶质细胞对中枢神经系统再生的影响,Contents,一、PNS损伤后的胞体反应 二、轴突对损伤的反应 三、中枢神经系统损伤 四、神经再生 五、胶质细胞

2、对CNS再生的影响 六、脊髓损伤的治疗策略,神经系统损伤后： 受损轴突远端发生溃变 近端轴突发芽 损伤区周围的胶质细胞增多 巨噬细胞向损伤处迁移 神经元形态、生化及代谢变化 ,Overview：基本的损伤反应,（一）轴突损伤后神经元形态和功能的改变,一、PNS损伤后的胞体反应,1. 形态学改变,急性期反应特征： (CNS、PNS相似) (逆行性反应-虎斑溶解) *尼氏体分散、消失 *染色质溶解 *细胞核偏移 *细胞体肿胀 *突触末梢的减少 ,normal,injured,（1）神经元化学标志物的变化,氧代谢率升高，代谢酶上调 微管相关蛋白(MAP)、生长相关蛋白 (GAP-43)和P75NTR

3、表达增多 神经肽、神经递质、酶的表达变化甘丙肽（galanin）、血管活性肠肽（VIP）P物质（SP）、神经肽Y（NPY）、胆碱乙酰化酶,（2）电生理学变化,大多数轴突损伤的神经元-电活动的增强，再生恢复,2. 轴突损伤后影响神经元死亡或存活的因素,多数情况下，具有共同的形态、功能、投射或发育特征的神经元轴突损伤后有相似的胞体反应,（1）神经元类型,（2）动物的年龄,相同的神经元群在动物的不同年龄段对轴突损伤的反应性不相同,出生后早期几天是运动神经元的易损期,Adult,Baby,（3）轴突延伸的环境,外周神经轴突损伤后神经元多存活，条件适宜时神经可以再生,成年动物中枢神经系统神经元轴突损伤后

4、神经元常死亡,（4）从损伤区到神经元胞体的距离,轴突损伤部位与神经元胞体间的距离: 损伤部位越靠近胞体，变性坏死的神经元越多，变性的速度越快,神经轴突的侧支的位置与数量:脊髓损伤后损伤轴突的逆行变性止于轴突的第一个有效侧支，当该轴突无有效侧支时，变性继续到神经元胞体,（5）神经元兴奋性,神经元保持适宜的兴奋性，可促进其在轴突损伤后的存活,在药物诱发的低血钠条件下，轴突切断后几乎所有的加压素类神经元均死亡，提示降低神经元的活动性可能加重神经元对轴突损伤后神经元死亡的易感性。,二、神经轴突对损伤的反应 Degeneration：轴突溃变,Intact axons in PNS and CNS,1.

5、 损伤远端轴突反应瓦勒氏(Waller)变性,轴突变性,髓鞘的崩解、 分离；脂滴球,周围的细胞吞噬： Ast.Microglia,Macrophage 3-10 Days清净,Waller在距今150年前，首次发现和记录,（1）数个鞘髓郎飞氏结崩解 （2）近端轴突的断端坏死，出芽，生长锥形成 （3）吞噬细胞吞噬消化残留的坏死轴突,2. 损伤近端轴突反应,神经丝(neurofilament) 血影蛋白(spectrin) 微管相关蛋白（MAPs） 其它细胞骨架成分,崩解,钙依赖性蛋白酶(calpain),3.损伤后轴突细胞骨架的变化,三、中枢神经系统损伤,Brain and spinal cor

6、d injury脑创伤 (Brain damage)炎症 (Inflammation)缺血、缺氧所致损伤(Hypohemia and Hypoxia injury) 基本病变特征 胞体：肿胀、虎斑溶介，核偏位，死亡或复苏 Waller degeneration Macrophage 增殖、吞噬、清除,清除慢，2w,Olig. Ast. 胶质瘢痕,（1）髓鞘形成细胞不同：雪旺氏细胞 vs 少突胶质细胞 （2）CNS中巨噬细胞的募集及清除作用不及PNS （3）CNS中小胶质细胞向吞噬细胞转变的延迟 （4） 跨神经元变性 （5）继发性CNS损伤(Secondary injury),2、跨神经元变性,

7、周围神经元变性仅限于受损神经元，不累及下一个神经元；而CNS受损可跨越突触引起与之接触的下一个神经元变性。称为跨神经元或跨突触变性（Transynaptic Degeneration）,3、CNS继发性损伤延迟性轴突损伤,半影区,Centre Region,半影区(Penumbra zone),缺血半影区（缺血半暗带 ）：位于中心不可逆梗死灶周围经过再灌注可以恢复正常的脑缺血区域,4、轴突损伤引起的神经元分子转导变化,（1）靶源性物质的丧失靶源性生长因子提供逆行性信号丧失 （2）轴突损伤区大分子物质的逆行性转运轴突损伤区新的大分子物质逆向转运是引起神 经元胞体变化的原因 （3）损伤局部非神经元

8、细胞信号反应性胶质细胞可产生不同类型的生长因子和细胞因子,Summary of the 1st Part,Injury caused degeneration of the CNS and PNS Cell body：核偏位虎斑溶解-axonal reaction蛋白质、酶电活动增强 Axon: DegenerationWallerian degenerationChanges of cytoskeleton近端、远端区别; PNS、CNS区别,Questions： 神经能否再生？ PNS与CNS再生有何区别？ 如何促进CNS再生？,（一）周围神经再生 PNS regeneration,雪旺细

9、胞增殖形成Bngner带，诱导和支持着再生新芽的发生和生长并将之引向靶结构。,周围神经再生 Regeneration,Bungner zone,保持神经膜细胞基板完整性，间距小于1cm,2-4mm/Day,（二）中枢神经再生 CNS regeneration,？,中枢神经系统,周围神经系统,雪旺细胞,小胶质细胞、少突胶质细胞、星型胶质细胞,CNS再生困难的原因： 成髓鞘细胞为少突胶质细胞；神经纤维无基膜包裹；小胶质细胞清除作用较慢；胶质瘢痕形成,五、胶质细胞对CNS再生的影响,（一）少突胶质细胞髓鞘与再生抑制性物质,少突胶质前体细胞（OPC） Oligodendrocyte Progenito

10、r Cell,少突胶质细胞，CNS成髓鞘细胞,CNS髓鞘中存在再生抑制性物质,髓鞘相关蛋白 Myelin-Associated Glycoprotein，MAG Nogo 少突胶质细胞髓鞘糖蛋白 Oligodendrocyte-Myelin Glycoprotein，OMgp 少突胶质细胞抑制性分子,Nogo的特点 （1）Nogo分子有三个亚型：NgA、NgB、NgC （2）各亚型C末端高度相似，含有66个氨基酸残 基组成的亲水环状片段Nogo-66 （3）Nogo-A的N末端特殊，即amino-Nogo,Nogo-66 amino-Nogo 具有抑制神经元突起生长的作用,Nogo分子作用机理

11、,Nogo分子在少突胶质细胞膜上的存在多种拓扑结构，将不同的抑制活性结构域暴露，与相同或不同的受体分子识别，通过一条或多条途径传递抑制信号。,信号传递的重要分子 NgR、 LINGO-1、 p75NTR、Rho-GDI,Antibody Treatment: IN-1,（二）星形胶质细胞 胶质瘢痕与再生抑制物质,CNS损伤部位: 星形胶质细胞增生、突起相互交织最终形成胶质瘢痕，GFAP染色呈强阳性。,Glial Scar Formation,成纤维细胞迁移到损伤处聚集，与星形胶质细胞形成边界，成纤维细胞分泌semaphorin引起生长锥塌陷；生长锥表达的Eph与星形胶质细胞和髓鞘上的ephri

12、n作用，使轴突再生受到抑制,星形胶质细胞反应影响神经再生,（1）分泌轴突再生抑制性分子 （2）被小胶质细胞分泌的分子活化 （3）由于BBB破坏被活化,（三）小胶质细胞 Microglia,炎性反应物与吞噬反应：双刃剑,炎细胞浸润与小胶质细胞活化,Resting,Activated,负面效应-抑制再生,Microglia-抗原提呈细胞，炎性分泌物激活Astrocyte，促胶质瘢痕形成 Microglia在活化后炎性反应中分泌的神经毒性物质是CNS继发性损伤的重要启动因子 CNS损伤后的再生困难，Microglia的清除和巨噬细胞的募集缓慢造成不良的再生环境是重要原因,（1）PNS损伤后再生轴突要

13、进入CNS环境需要适量的的炎性反应存在。 （2）巨噬细胞分泌的一些物质如NGF、NT-3、血小板因子、IL-2等其促进轴突再生，表明炎性细胞分泌适量的活性物质可促进轴突再生。,促进再生作用,CNS再生困难是多种因素综合作用的结果，复杂而有序。,去抑制作用与CNS损伤修复,CNS髓磷脂(myelin)中存在大量的轴突生长抑制因子如MAG、OMgp、CSPG、Nogo等，造成了成年哺乳动物CNS损伤后再生困难。 主要是通过神经元上一个由NgR、p75NTR和LINGO- 1组成的复合受体将抑制信号传入细胞内，激活Ras 家族RhoA，通过ROCK/LIM激酶引起肌动蛋白解聚导致生长锥塌陷，起到抑制

14、轴突再生的作用。 这些研究结果对去除中枢神经损伤后再生修复抑制作用提供了基础。,专题,Robert L. Ruff et al, 2008,Hypothetical switch from actin-based to microtubule-based growth in regeneration of injured mature axons,No injury,Molecular players of neurite outgrowth inhibition in the CNS （Roman J. Giger et al, 2008 ）,引入特异性物质，对神经元细胞内传导的抑制信号进行

15、阻断； 使用抗体封闭抑制蛋白； 借助基因敲除，制作抑制因子缺失突变体， 改变抑制因子受体，关闭其产生生物效应； 在细胞内形成特异的siRNA对受体蛋白、信号蛋白的形成进行RNA 干扰。,去抑制作用 主要方式,交通事故；工程事故 火器伤；暴力损伤 其它原因 美国：新增1万/年,Spinal Cord Injury,专题,临床脊髓损伤的治疗策略 早期减轻继发性损伤造成的损害：采用离子通道阻滞剂、氧自由基清除剂，小胶质细胞活性物质抑制剂等治疗措施可以减轻神经元和胶质细胞的继发性损伤； 中期促进再生：诱导损伤轴突再生，替代损失的神经元，促进髓鞘再生； 晚期功能恢复：通过康复训练，恢复损伤节段以下脊髓的

16、功能。,1、提供再生轴突延伸的支架,组织工程 细胞移植：雪旺氏细胞、嗅鞘被膜细胞、神经干细胞 组织移植：周围神经，胎儿神经组织 化学性大分子自溶性支架：聚乳酸等,2、辅助治疗,中和再生抑制分子：抗体 神经营养因子：NGF, GDNF 加入或促进导向分子表达 物理治疗或电刺激促神经元再生或激活内源性神经干细胞 脱髓鞘轴突的重新髓鞘化 中草药，鲨鱼脑素（神经精),细胞移植,Transplantation of NSC 移植干细胞,NGF, BDNF, etc, NSC secretes neurotrophic factor,一、传递营养因子或神经生长因子以阻止神经细胞的变性坏死或促其生长,二、NSC直接抟化为神经细胞,脑、脊髓损伤 脱髓鞘疾病,三、诱导神经系统内源性干细胞,CNS神经元持续产生区域 室下区SVZsubventricular zone 海马齿状回的粒下区SGZsubgranular zone 脊髓中央管周围,干细胞,