不久前,耶兽医学院外科医生把选好的一个3个月前流产胎儿的神经细胞移植到一位48岁妇女的脑内。她患帕金森氏症已达21年之久,症状是严重的籐颤,肌肉强直和运动障碍。这种创造性的脑移植术的远期疗效尚需几个月后做出评价。但是美国、欧洲、中国、古巴、墨西哥的科学家日益确信人胎儿和其他神经组织的微细脑移植,终会证明:在与神经系病症(如帕金森氏症)做斗争中这将是最为有力的新式武器。
除有巨大意义的医疗应用外,神经组织移植还为基础研究提供了一个独特的工具,能使科学家更深入地窥探大脑自身的奥秘。在一个研究者看来,至少,移植的细胞如何发挥作用以及用以治疗疼痛、抑郁、药物成瘾等意想不到的作用方面,这些研究正日益显得神奇。近40年来,乔治 · 帕派斯(George Pappas,芝加哥伊利诺斯大学解剖学负责人)研究了神经细胞间微接点 - 突触问题。他回忆起一位对疼痛传导路径感兴趣的青年神经药理学家J. 萨根(J. Sagen)是如何来到他的实验室学习电子显微镜技术的。帕派斯说:“毕竟是她把我引向研究疼痛之路。我本来对疼痛并无兴趣,而当时麦克 · 彼诺(Mark Perlow)(开辟鼠肾上腺移植实验的外科医生)恰好在座;因此,我们就通力合作了”。
肾上腺是一对复杂的内分泌器官;位于肾脏上极,每个腺体分为两部,皮质(或外皮)和髓质(核),内含嗜铬细胞,这种细胞很大,其功能有如一个微型化工厂、生产、贮存激素等物,并把大量肾上腺素分泌入血。除肾上腺素外,其他物质的分泌量都很少。帕派斯又回忆道:“我想搞清楚这里的嗜铬细胞被移到外环境后,又如何分泌各种物质,因为我们的研究的中心是疼痛,所以我和萨根想:为什么不把这些大细胞植入有大量鸦片受体的大脑中去呢?看看能发生些什么!大脑中含有天然的类吗啡化学物质,以锁钥模式顺应特殊脑区的神经元。”
帕派斯和萨根从牛和鼠体获得嗜铬细胞,把这些细胞植入鼠神经系统的两个区:腰椎区或低位脊髓区以及大脑导水管周围的灰质区(PAG)。PAG位于中脑上部,接受从高位脑区发出的冲动,并将其传入脊髓。PAG是大脑自身疼痛抑制系统的中枢,向PAG内注射吗啡,对脑全部区域均有极强烈的止痛作用。
帕派斯和萨根评价了他们的首批脑移植鼠试验和药物公司已用了50年的筛选治疗隐痛药物的同类试验。他们发现,获完整移植物的鼠对剧痛的感知大大降低,而脊髓移植可致鼠对疼痛更不敏感。
帕派斯发现,一旦把嗜铬细胞从肾上腺取出,脱离其天然环境,其化学产物就发生改变,就不是肾上腺素而是神经介质去甲肾上腺素成为主要产物。同等重要的是,细胞产生间 - 内啡肽(天然麻醉剂)急剧升高20倍。帕派斯说:“这非常,非常重要,因为经两者的化合能创造出一种强有力的镇痛合剂。”
这些移植物能有效地止住急性阵发性疼痛,但移植的嗜铬细胞能消除慢性疼痛么?为此帕派斯和萨根给鼠注射了能引致严重关节炎的细菌制剂。几周内,鼠患了鼠跛行性关节炎。帕派斯说:“这些鼠发出长声尖叫,也不能正常进食,这肯定是疼痛所致。”
可是,这组患关节炎的鼠在做了嗜铬细胞移植后,便开始进食、体重增加、在笼内行走自如,尖叫声大幅度减少。帕派斯惊奇地说,鼠的活动表明,好像它们从未有过疼痛。应强调的是,我们对其身体没一点儿伤害,只见其后足关节有些肿胀,我们只是干涉了鼠的痛觉。
对这些鼠追踪观察1年(鼠寿命的一半)。帕派斯和萨根发现移植的嗜铬细胞一直起着镇痛药间 - 脑啡呔和去甲肾上腺素化合后达到的高水平作用。这种合剂对鼠的一生都具有强烈的镇痛作用。更重要的是没有耐药性问题。几乎所有镇痛药产生耐药性都在所难免,造成用药量越来越大。医生对晚期癌症患者往往是用羟苯基乙酰胺和吗啡合用,以减缓耐药性的增长。有人做结肠手术时,就把羟苯基乙酰胺和吗啡通过插管或小管直接注入结肠。
鼠的嗜铬细胞移植,在增强动物自身疼痛抑制方面,取得如此成功,令帕派斯和萨根确信,不久医学界就会对之深感兴趣了。帕派斯说:“著名的外科肿瘤学家塔帕斯 · 道斯格塔(Tapas Dos Gupta)博士已开始为芝加哥的癌症患者做肾上腺髓质组织的脊髓移植了。”当然,缓解癌症和关节炎的疼痛只是移植术诸多应用中的2例。
帕派斯说:“我预测到,有朝一日人们会去找医生,把牛的、猪的或无论什么的嗜铬细胞精细地植入脊髓的腰区,或许几年后他们会带回更多的植入细胞。我们要研究出把移来的组织固定在椎管壁上的方法,要保证不发生免疫排斥。我相信用不了5年,就会研究出一套移植方法。在医生办公室可能只用10分钟,就可以缓解慢性、顽固性疼痛了,那真是个奇迹!”
尽管帕派斯的工作重点是研究疼痛,但他用电镜观察PAG移植物周围组织时,发现了几个意外的现象,第一,虽然帕派斯没给鼠用免疫抑制剂环孢菌素、但鼠脑对牛的嗜铬细胞并没产生排斥反应。帕派斯说:“当我把未发生排斥反应的组织显微图像给免疫学家看时,他们异常惊讶。我们看到许多吞噬细胞在组织周围聚集,这使我想象到做正规战斗的士兵。但在此处却没有‘战斗’,它们只是什么也不做地静静地围着,这是供神经免疫学家深思的谜。”第二,帕派斯看到正常时无髓鞘的神经元已髓磷脂化。髓磷脂是一种脂性绝缘物质,包绕着神经元的轴突,是保障神经冲动传递速度和精度的必需物质。嗜铬细胞移植物以某种方式诱导出“少突神经胶质细胞反应”,即产生餹磷脂的细胞在其通常“寂静不动”的脑区内变得“活跃”起来。人们正在探讨脱髓鞘病,如多发性硬化症等。帕派斯接着说:“意料不到的髄磷脂问题极为引人注目,也是我们寻求的有意义的佐证”。
帕派斯认为,脑移植有希望成为治疗抑郁症和药物成瘾的方法,因为科学家提出药物成瘾是自身鸦片水平的慢性降低,而PAG移植能使降低的量得以补偿,如果那样做,移植另一种天然的有精神活性的“化工厂”就应该用以治疗抑郁症和精神病,帕派斯说:“一般情况下人们求医的原因有两种,一是有好些疼痛、二是感到抑郁。关于抑郁症有不少理论,最主要的是说缺少一种或多种脑化学物质。尤其是缺乏血清素(5羟色胺,5-HT)和去甲肾上腺素。”
人抑郁症的实验动物模型称为“学后无能”帕派斯解释说:“必须先训练什么也不会的鼠,训练毕以惩罚代替奖赏,做过各种训练之后,这些鼠都紧张地伏着,甚至击打也不挪动。”他又说道:“在它们身上做到如此,它们对什么都不感兴趣了!”
如此状态的鼠,其各脑区血清素和去中抒上腺素都慢慢减少。帕派斯及其同事做了三种移植术,试图逆转这种诱发的抑郁症。一组是从健康鼠松果体获取细胞。松果体只对光线发生化学反应,释放大堡血清素和褪黑激素。他把这些细胞植入“学后无能”鼠的脑前区。第二组,与上组同样脑区植入嗜铬细胞,最后一组把两种细胞植入脑中。帕派斯说:“三种移植都显出某些效果,而接受松果体细胞和嗜铬细胞联合植入的鼠,无论如何也不能再诱发出那种低能状态。”他接着说:“重要的是,研究所用的动物大脑必须健康,不能患帕金森氏症,或更糟的Alzheimer氏症(这种病表现为脑局部或大面积的变性)。鼠患疼痛的病或‘抑郁’病,只是化学物质的缺乏。我们可以用植入的细胞产生化学物质来补偿;不管是内啡肽、去甲上腺素还是血清素或是其他这类物质均可。”
使用尖端成像系统如核磁共振或正电子发射X线照相术(PET)以及尸体解剖都能查出抑郁症的脑变性,可以把分泌去甲肾上腺素和血清素的细胞植入称为情感中心的缘区,这样的治疗是很有希望的。这种移植术可以代譬如今的抗抑郁药而避免其所有的副作用。总有一天,这种微型移植会使千百万慢性抑郁症患者,焕发出健康的情绪。用帕派斯的话说就是:“实现这个愿望,为期不远了!”
[OMNI,1989年11(9)]