骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs）是间充质来源的多潜能干细胞，可以促进损伤、衰老器官的结构及功能修复，是当前再生医学最有潜力的种子细胞。BMSCs在体外具有分化为肌肉、骨骼、脂肪及神经等多种组织前体细胞的潜能，近年来国内外对BMSCs治疗缺血性脑卒中的研究较多，BMSCs移植的有效性目前已达成共识，然而细胞治疗的机制依然是众说纷纭。现将BMSCs治疗缺血性脑卒中机制的最新研究进展综述如下：
1、BMSCs对脑血流灌注和血脑屏障通透性的影响
脑缺血及再灌注损伤均引起神经细胞凋亡及血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）破坏，从而导致脑水肿等一系列病理损害。Cesario等将小鼠来源的BMSCs移植到缺血大鼠的纹状体，发现脑血流量和血脑屏障的通透性有明显改善，在治疗12d后即接近正常脑血流量。而且移植细胞量和脑血流灌注之间呈正相关的剂量依赖关系；治疗组大鼠BBB的改善情况明显好于对照组，BBB的改善同样存在剂量依赖关系。这一结论与Polgar等研究中剂量－行为学恢复状况的依赖性关系极为相似。显然移植的BMSCs发挥了重要作用。Chen等应用BMSCs治疗卒中后，脑组织血管直径和微血管分支数量的增加也佐证了治疗的有效性。但是新生血管的形成需要一个时间段，移植早期脑血流量的提高和BBB的改善是不能用新生血管形成来解释的。这些结果是否和脑内同期升高的神经营养因子有关？是否BMSCs介导的神经营养因子挽救了已经损伤但活力犹存的宿主血管尚需进一步研究。
2、细胞分化及替代学说
细胞移植治疗脑卒中的理性方案是将干细胞移植在缺血及损伤区周围并分化、替代死亡的神经细胞。基础研究已经证明细胞在体外诱导下可以分化为神经系细胞。但是目前有关BMSCs脑内移植后的存活状态和体内分化情况仍然存在争议。
绝大多数研究认为BMSCs在体内能够分化为神经系细胞。Lee将大鼠自体BMSCs移植4周仍发现细胞存活并分布于同侧纹状体、海马以及双侧的新皮质。大约20％和15％的细胞分别表达神经元和星形细胞的标志物。但是作者应用单纯培养基的体外研究则没有发现BMSCs表达神经细胞的特异蛋白。这种现象被认为是细胞对周围微环境不同因子的依赖作用。Lee同时发现移植的BMSCs在皮层和海马有分化为神经元的趋势，在胼胝体有分化为星形细胞的趋势，研究结果提示自体BMSCs移植的微环境更有利于细胞的自身分化。少数研究表明体内移植的BMSCs很少或者根本不能在体内分化为神经系细胞。Castro等的研究报告称BMSCs在脑损伤组织内不能分化为神经元样细胞。Lu的研究中也没有发现BMSCs能够在宿主中枢神经系统分化为神经元和胶质细胞。Ohta观察到无论是否免疫抑制，细胞移植后的1－2周均能在脊髓损伤的部位观察到移植细胞，但是BMSCs均没有表达NF、GFAP、O4等神经细胞的特异蛋白；移植后3周BMSCs就几乎全部“消失”了，因此细胞移植后的功能恢复和改善可能不是细胞与损伤组织的整合，然而移植细胞的消失至少表明其不可能或者说有极少的可能性会致瘤或者致畸，间接支持了BMSCs移植的安全性。
移植后如果不能分化为神经系细胞或者仅有极少的分化比例能否起到有效修复组织损伤的作用尚值得怀疑。同时神经蛋白的表达并不意味着这些细胞具有成熟神经细胞的复杂功能，所谓的神经细胞标志蛋白也并非绝对是神经细胞特异性的，例如，nestin不但在早期的中枢神经系统组织中表达，而且在肌肉、心肌等其他发育细胞中亦有表达；神经元特异性烯醇化酶（neuron-specific enolase, NSE）是神经元特异蛋白，同样可以被非神经元组织如小细胞及非小细胞型肺癌细胞表达。仅仅依赖特异蛋白的表达判断这种分化至少是不严谨的。
在哺乳动物的发生和分化方面，通过细胞融合可以产生活性细胞而发挥作用。Lee认为自体细胞应该更容易与自我损伤细胞融合，但关于细胞融合的分子机制需要进一步去阐明。Cogle报告了三例女性血液病患者，她们分别接受了男性供体的造血干细胞移植。她们去世后分析获得的脑标本发现（分别为骨髓移植后的第22d、63d及6y）：移植细胞能够分化为神经元、星形细胞及小胶质细胞。但是染色体分析没有发现多倍体细胞，只有Y染色体阳性的细胞，结论不支持细胞融合现象。所以有关移植细胞可能和宿主脑进行了整合并代替损伤脑组织重建神经环路的学说目前尚没有可靠的依据。
卒中可以导致脑室下区的原位神经干细胞转化为新的神经元。然而，卒中后的1周内绝大多数新生神经元将相继死亡，成活神经元替代死亡神经元的数目极少。因此干细胞移植到损伤区后可能是激活了宿主脑内源性的修复机制。
如此看来，移植细胞代替宿主损伤细胞的能力是有限的，只是提高了这一机制的可能性，而不是简单的组织替代。
3、神经肽及神经营养学说
神经肽类物质和神经营养因子是神经组织内信息传递的重要成分，它们的神经信号传导及神经营养作用是损伤脑组织修复不可或缺的。近年来，其在BMSCs治疗脑卒中的机制研究中备受关注。
神经营养因子是一系列在结构上相关的多肽家族，经典的神经营养因子包括脑源性神经营养因子（BDNF）、神经生长因子（NGF）、胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）、神经营养因子3（NT-3）、神经营养因子4/5（NT-4/5）、肝细胞生长因子（HGF）、血小板源性生长因子（PDGF）、转化生长因子（TGF）、成纤维细胞生长因子（bFGF）、表皮生长因子（EGF）、睫状神经营养因子（CNTF）及胰岛素样生长因子（IGF）等。BDNF和NT-3可以诱导神经突起的生长和促进神经递质合成关键酶的表达；NGF可以抑制细胞凋亡促进神经元再生；GDNF可以保护脑损伤后的神经元、减轻脑肿胀等；HGF促进细胞有丝分裂和组织形态构成。
对损伤脑的环境变化比较敏感，其能够提高神经营养因子表达可能是卒中脑功能恢复的关键，体外培养至第六代的大鼠BMSCs可以持续表达NGF和GDNF。Ye体外培养大鼠BMSCs的第3天既有GDNF的分泌，随着培养时间的延长GDNF呈分泌递增趋势，但是GDNF的分泌能力受周围微环境和自我生长状态的制约。
神经营养因子能够提高宿主细胞的抵抗能力，促进内源性前体细胞的生存、迁移和分化，此外BMSCs还可发挥旁分泌的作用，产生大量有益的细胞因子。
可以促进B淋巴细胞的反应从而提高细胞内游离钙离子的浓度，进而改善细胞的免疫调节和抵抗力。Zhang认为BDNF还能够刺激少突胶质细胞的增生，可以减轻脑组织的炎性渗出及脱髓鞘病变。Lu在脊髓损伤的研究中发现了移植细胞含有NGF和NT-3。Cesario用ELISA方法研究表明，细胞移植后仅有GDNF、activin A、TGF-β、TGF-β2含量提高，其他因子升高极少或者根本测不到。Mahmood利用BMSCs治疗大鼠脑损伤显示：治疗组的NGF和BDNF明显高于对照组；继续进行的长期观察发现：细胞移植3个月后可以仍可以提高BDNF的表达量，而对NGF没有影响。
多肽生长因子，在体内和体外均有神经营养、抗凋亡、调节BBB通透性、调节神经元兴奋性、促进神经发生和参与脑血管形成等作用。IGF-1的分泌受到细胞外信号变化的影响。Zhang应用BMSCs治疗脑缺血时发现，治疗组IGF-1的分泌量明显高于对照组。
移植可以促进损伤脑中神经营养因子含量的增加，但是，不能排除是细胞移植后宿主脑自身细胞尤其是星形细胞激活了自身的神经营养因子分泌，因此确定营养因子升高的来源也是很重要的问题，而且目前对各种神经营养因子的研究结论尚不一致，有关神经营养因子的研究仍需更加深入。
脑钠素（brain natriuretic peptide, BNP），作为一种神经肽，BNP和其类似物心钠素一样有较强的排钠利尿和血管舒张作用，BNP可以减轻水肿、降低颅内压力，从而改善脑的灌注。BNP还可以降低全身血管阻力，增强心脏输出功能，提高收缩期脑的灌注压力。此外，BNP可以通过降低蛛网膜绒毛颗粒内静脉丛的压力来增加脑脊液的重吸收。Song通过实时PCR技术和放射免疫技术首次发现BMSCs在体外可以分泌和生理剂量相关的BNP,并检测到移植后的BMSCs可以在宿主脑内分泌BNP。因此有可能经血管途径应用细胞时，细胞在迁徙和渗透到脑组织之前已经发挥了有效作用，从而促进了损伤脑的功能恢复。
血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor, VEGF）：VFGF是涉及血管发生和发展的肽类细胞因子，具有刺激新生血管形成和促进神经干细胞增殖的双重效应，并在这二者之间起着重要的枢纽性作用。故又称为亚类神经营养因子。Chen将BMSCs和正常脑及缺血脑的提取物共培养，发现与缺血脑组织共培养的BMSCs分泌VEGF。缺血10d的脑组织提取物明显促进BMSCs分泌VEGF。这一实验结果提示移植的BMSCs可以促进卒中后脑血管的生成，而有利于卒中脑的功能恢复。
化学趋化因子（chemoattractant factors）：脑组织缺血损伤后会释放炎性介质和细胞因子，例如：IL-8、细胞内黏附分子1（ICAM-1）、及趋化因子巨噬细胞炎性蛋白1（MIP-1）、单核细胞化学趋化蛋白1（MCP-1）等，资料显示BMSCs有炎性细胞的特点并像炎细胞一样对损伤组织有靶向作用，BMSCs通过对细胞因子的反应，选择性向损伤组织迁移，在损伤部位通过神经营养因子及神经肽发挥其治疗作用。
4、BMSCs对细胞间突触结构及其信号传导的影响
细胞移植后能否成为一个有功能的细胞单位？移植细胞如何和宿主细胞建立信号联系？目前的文献资料尚没有研究结果能够证实移植细胞和宿主细胞之间存在形态学上的必然的联系。
正常脑组织中，星形胶质细胞在神经保护方面有重要作用，其不但为神经元提供能量物质，而且星形胶质细胞之间通过缝隙连接形成一个细胞间的网络通路，这些通路连接主要有间隙连接蛋白43（Cx43）组成，通过缝隙连接星形细胞可以调节钾离子和神经递质的浓度。Gao研究证明人类BMSCs产生的可溶性因子能改善星形胶质细胞间缝隙连接介导的细胞间联系，研究同时证明Cx43的表达量和这种改善是一致的，BMSCs通过上调Cx43的水平来改善星形胶质细胞之间的联系 。Li在大鼠缺血后7d移植BMSCs，发现治疗组的轴突标志物GAP-43明显增高，而且缺血瘢痕减少，研究者认为是缺血区胶质细胞对移植物的反应性可以促进轴突的再生。
突触结构是细胞之间递质和信号传导的重要方式，突触素是突触小泡膜上的特异性多糖蛋白，突触素通过与Ca2 +的结合引起神经递质释放、信息传递和加工。突触素的密度可间接反映突触的数量、分布和密度。Wang通过免疫组织化学方法发现BMSCs治疗组的突触素较之对照组有显著增加，间接证明了突触发生的存在。
应用BMSCs治疗大鼠脑缺血，发现治疗组大鼠的缺血边缘区轴突和髓鞘的厚度有明显增加，胼胝体面积和纹状体内白质束的数目也明显增加，而且星形细胞的突起得到了重塑，并定向排列于缺血区。作者认为BMSCs治疗卒中可以促进与大鼠神经功能恢复、增强及轴突重塑相关的少突胶质细胞和星形细胞的反应性。
5、BMSCs转基因载体的作用
不但是细胞治疗的种子细胞，而且还是转基因治疗的良好载体。Naokado以单纯疱疹病毒为载体将成纤维生长因子－2（bFGF-2）转入BMSCs，大鼠脑梗死24小时后移植转基因细胞，结果显示治疗组FGF-2的分泌显著增多，大鼠脑梗死的体积明显减小，行为功能的改善也更为明显。
将BDNF和报告基因GFP转入BMSCs后移植到脊髓损伤动物模型，细胞在宿主体内不但可以高表达BDNF，而且可以促进损伤部位宿主轴突的生长，同时移植物可以提高宿主体内NGF、NT-3的分泌量。
6、展望
生物治疗是药物治疗后的一个新兴的疾病治疗手段。造血干细胞应用于临床治疗血液病已经有40多年的历史了，而关于非造血干细胞的临床应用却是几度沉浮。近几年，由于人们认识的提高、多潜能BMSCs的发现等使得干细胞治疗又重新焕发了生机。并展示了一个令人激动的应用前景。
众多研究资料证实了BMSCs在治疗脑缺血方面的确切作用，目前尚没有任何明显毒、副作用的报道，但是细胞治疗的长期安全性仍需进一步验证。当前基础研究的重点和难点就是BMSCs的细胞治疗机制，如：细胞移植后是否能够长期存活并无限增殖？体内的移植细胞及其子代细胞是否是有功能的细胞群体？移植细胞和宿主细胞之间是否建立了某种结构联系？这种结构联系的功能发挥如何等；近期备受推崇的神经营养学说最终是哪些营养因子在发挥作用？这种营养支持是移植细胞还是宿主在发挥主要作用？所以客观地讲，BMSCs治疗脑缺血走向临床之路尽管前途光明，依旧道路曲折。我们仍需要更多的基础和临床前期研究以阐明细胞治疗的机制。
