神經(jīng)干細(xì)胞是開發(fā)再生療法的一種有吸引力的工具，并且正在針對多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床試驗(yàn)中進(jìn)行測試。人神經(jīng)干細(xì)胞可以從中樞神經(jīng)系統(tǒng)分離，或者可以在體外源自多能干細(xì)胞。胚胎來源在倫理上存在爭議，而其他來源的特征不太明確和/或效率低下。
最近，有報(bào)道從脊柱裂和腦室內(nèi)出血患者的腦脊液中分離出NSC。如果確保重編程細(xì)胞的遺傳和表型穩(wěn)定性，直接重編程可能成為另一種選擇。
在這里，我們討論了用于生產(chǎn)臨床應(yīng)用細(xì)胞療法的可用神經(jīng)干細(xì)胞來源的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。我們回顧了現(xiàn)有的安全性和有效性臨床數(shù)據(jù)。并討論目前神經(jīng)干細(xì)胞移植的臨床研究方向。
什么是神經(jīng)干細(xì)胞？
神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cells, NSCs）是指具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力，能自我更新并能提供大量腦組織細(xì)胞的細(xì)胞群。
狹義的神經(jīng)干細(xì)胞是指成體神經(jīng)干細(xì)胞，指的是分布于胚胎及成人中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)的干細(xì)胞。簡單的說，就是在成年哺乳動物的大腦中分離出來的具有分化潛能和自我更新能力的母細(xì)胞，它可以分化各類神經(jīng)細(xì)胞，包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。
我們所講的神經(jīng)干細(xì)胞指的就是成體中存在于腦中的中樞神經(jīng)干細(xì)胞，其實(shí)在外周也有一些“神經(jīng)干細(xì)胞”稱為“神經(jīng)嵴干細(xì)胞”，可以分化成外周神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞和施旺細(xì)胞，還可橫向分化成色素細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞（這個也叫轉(zhuǎn)分化）。
NSC有可能遷移到受損區(qū)域以促進(jìn)功能和結(jié)構(gòu)組織修復(fù)。此外，NSC具有分泌可刺激內(nèi)源性修復(fù)機(jī)制的營養(yǎng)因子（例如膠質(zhì)細(xì)胞源性和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子）的能力。與間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）類似，NSC可以發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，神經(jīng)干細(xì)胞移植已被證明可以抑制T細(xì)胞增殖。所有這些特性使得NSC對于再生療法具有吸引力，特別是考慮到自我修復(fù)能力有限以及大多數(shù)中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 疾病缺乏有效的治療方法。
到目前為止，大多數(shù)臨床試驗(yàn)都使用胎兒NSC（fNSC），但來自其他來源（例如多能干細(xì)胞（PSC）的 NSC也越來越多地進(jìn)入臨床階段。此外，原發(fā)性NSC的新來源，例如脊柱裂的腦脊液 (CSF) 或腦室內(nèi)出血 (ICVH) 早產(chǎn)兒的腦脊液 (CSF) 已被報(bào)道，并且可能在不久的將來可用（圖1）。
CNS：中樞神經(jīng)系統(tǒng)；PSC：多能干細(xì)胞；fNSC：胎兒神經(jīng)干細(xì)胞，CSF：腦脊液；Gz-NSC：生發(fā)區(qū)神經(jīng)干細(xì)胞；NTD：神經(jīng)管缺陷；iPSC：誘導(dǎo)多能干細(xì)胞；ESC：胚胎干細(xì)胞；pESC：孤雌生殖干細(xì)胞；ntESC：核移植胚胎干細(xì)胞；iNSC：誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞。
神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）的主要來源：
來源于神經(jīng)組織：目前從哺乳動物胚胎期大部分腦區(qū)、成年期的腦室下區(qū)、海馬回的顆粒下層、脊髓等部位均成功分離出神經(jīng)干細(xì)胞
來源于胚胎：胚胎干細(xì)胞、胚胎生殖細(xì)胞等細(xì)胞的定向誘導(dǎo)分化而來。
來源于血液系統(tǒng)：骨髓間質(zhì)干細(xì)胞、成年多能祖細(xì)胞及臍血細(xì)胞。
來源于永生化細(xì)胞系：C17.2細(xì)胞系、MHP36細(xì)胞系、NT2細(xì)胞系
體核細(xì)胞轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得神經(jīng)干細(xì)胞：將體細(xì)胞核植入去核的卵母細(xì)胞漿中。
4種來源的神經(jīng)干細(xì)胞的優(yōu)缺點(diǎn)
| 來源 | 優(yōu)點(diǎn)/特點(diǎn) | 缺點(diǎn)/風(fēng)險 | 臨床研究 |
| 人流產(chǎn)胎兒胎腦海馬組織 | 純度活性最高，生物學(xué)功能最強(qiáng) | 來源限制，無法量產(chǎn)倫理問題 | 有 |
| IPS細(xì)胞誘導(dǎo)分化 | 自體來源，無倫理限制可量產(chǎn) | 技術(shù)性太強(qiáng)，純度待定，有一定致瘤性風(fēng)險 | 有 |
| 間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化 | 可量產(chǎn) | 純度和神經(jīng)干生物學(xué)功能難評估，存在誘導(dǎo)分化技術(shù)風(fēng)險 | 無 |
| 胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化 | 可量產(chǎn) | 倫理問題，來源稀少,存在誘導(dǎo)分化技術(shù)風(fēng)險 | 有 |
中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)干細(xì)胞
從人胎兒神經(jīng)外胚層中分離出NSC
迄今為止進(jìn)行的大多數(shù)臨床試驗(yàn)都采用從人類胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)（大腦和/或脊髓）獲得的NSC（表格1）。大多數(shù)情況下，組織是從選擇性終止妊娠中收集的，這引起了重大倫理問題，并受到許多人基于道德和宗教理由的反對。反墮胎活動人士提出了使用胎兒組織可能鼓勵婦女墮胎的想法，盡管沒有證據(jù)表明使用胎兒組織用于治療或商業(yè)目的會增加選擇墮胎的數(shù)量。然而，fNSC的使用存在社會爭議并受到嚴(yán)格監(jiān)管，在一些國家被禁止。
使用自然流產(chǎn)中的fNSC可以部分繞過這些問題，但這些流產(chǎn)很少見且不可預(yù)測，因此很難規(guī)劃有效擴(kuò)大規(guī)模的程序。此外，來自自然流產(chǎn)胎兒的細(xì)胞可能含有嚴(yán)重的遺傳缺陷，需要在細(xì)胞分離之前進(jìn)行仔細(xì)的篩選和選擇（例如，僅使用由創(chuàng)傷引起的流產(chǎn)）。
與早期移植試驗(yàn)相比，胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織在解剖后立即移植到患者體內(nèi)以確?；盍?，而fNSC體外培養(yǎng)的優(yōu)化解決了使用新鮮組織的許多主要供應(yīng)和后勤障礙。另一方面，包括體外細(xì)胞擴(kuò)增步驟，將fNSC的監(jiān)管分類更改為藥品 (FDA/EMA)，并隨之要求遵守當(dāng)前的良好生產(chǎn)規(guī)范 (GMP) 和其他法規(guī)。
從腦脊液中分離出神經(jīng)干細(xì)胞
我們和其他人最近報(bào)道，原發(fā)性神經(jīng)干細(xì)胞可以從被診斷患有嚴(yán)重腦室內(nèi)出血 (IVH) 或神經(jīng)管缺陷 (NTD) 的嬰兒的CSF中分離出來，收集用于診斷或治療目的。
我們最近證明，神經(jīng)干細(xì)胞可以很容易地從收集的CSF中回收，并且細(xì)胞可以有效地?cái)U(kuò)增和儲存，并且不會致瘤。
從活檢和尸檢材料中分離出神經(jīng)干細(xì)胞
NSC也可以從成人和胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)活檢或尸檢標(biāo)本中分離出來。它們已從不同的大腦區(qū)域中分離出來，包括皮質(zhì)、室下區(qū)、海馬體、中腦和脊髓。
多能干細(xì)胞衍生的神經(jīng)干細(xì)胞
NSC也可以通過多能干細(xì)胞(PSC)的分化獲得。人PSC可以源自囊胚期胚胎（胚胎干細(xì)胞，ESC）的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，通過未受精卵母細(xì)胞的化學(xué)激活（孤雌生殖干細(xì)胞，pESC）或核移植（ntESC）獲得或通過體細(xì)胞的表觀遺傳重編程產(chǎn)生具有一組確定的轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞（誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，iPSC）（圖1）。
誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞
誘導(dǎo)從體細(xì)胞類型直接重編程為NSC (iNSC)，無需經(jīng)過多能狀態(tài)，可以通過使用特定的轉(zhuǎn)錄因子 (TF) 以及有時借助藥理化合物來實(shí)現(xiàn)。這個過程會導(dǎo)致給定細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄組譜發(fā)生變化，并獲得另一種細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄譜，從而失去其自身的表型。最初的研究遵循山中伸彌的策略，將成纖維細(xì)胞直接重新編程為神經(jīng)元。這提供了一種利用強(qiáng)制外源基因表達(dá)來獲得NSC的新策略，但所得神經(jīng)細(xì)胞僅分裂幾次。
人神經(jīng)干細(xì)胞移植的臨床研究方向
1、帕金森病
目前神經(jīng)干細(xì)胞移植技術(shù)應(yīng)用到臨床研究中的應(yīng)用最多的是帕金森病。
帕金森病 (PD) 是最常見的神經(jīng)退行性疾病之一，與運(yùn)動和非運(yùn)動功能障礙有關(guān)。PD涉及黑質(zhì) (SN) 中多巴胺能 (DA) 神經(jīng)元的丟失。目前建立的治療方法包括藥物治療和深部腦刺激，可以暫時改善癥狀，但不能治愈該疾病。因此，在過去的二十年里，細(xì)胞替代療法至少在實(shí)驗(yàn)中已證明是PD患者和PD動物模型的潛在治療方法。
PD患者的室管膜下區(qū)、顆粒下區(qū)和嗅球的神經(jīng)前體細(xì)胞/NSCs數(shù)量在死亡后有所減少，提示PD患者神經(jīng)前體細(xì)胞/NSCs的產(chǎn)生受損，這是多巴胺能的結(jié)果神經(jīng)喪失。這表明NSC/神經(jīng)祖細(xì)胞與PD之間存在密切關(guān)系。
因此，神經(jīng)干細(xì)胞移植可能成為治療帕金森病的一種新的神經(jīng)功能恢復(fù)策略。神經(jīng)干細(xì)胞移植可以融入中樞神經(jīng)系統(tǒng)周圍環(huán)境，建立適當(dāng)?shù)奈h(huán)境，增強(qiáng)多巴胺能神經(jīng)傳遞。神經(jīng)干細(xì)胞可以通過識別微環(huán)境中靶標(biāo)的細(xì)胞和非細(xì)胞區(qū)域來分化為多巴胺能細(xì)胞。通過將分化的多巴胺能神經(jīng)元整合到現(xiàn)有的黑質(zhì)紋狀體多巴胺能通路中，可以緩解PD的癥狀。
2、腦卒中
缺血性卒中是威脅人類健康的主要疾病之一，具有高發(fā)病率、高致殘率和高病死率等特點(diǎn)。靜脈溶栓治療和血管內(nèi)治療是目前治療急性腦梗死最有效的方法，但治療時間窗短，易出現(xiàn)出血并發(fā)癥。多種神經(jīng)保護(hù)藥物在動物實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)有效，而臨床試驗(yàn)結(jié)果卻不盡如人意。
不同類型的干細(xì)胞如胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cells, ESCs)?間充質(zhì)干細(xì)胞?誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells,NSCs)，作為缺血性卒中后的細(xì)胞替代療法被廣泛研究，使腦梗死患者的神經(jīng)修復(fù)成為可能?
NSCs作為一種具有自我更新能力的多能細(xì)胞，主要通過以下兩種方式治療缺血性卒中:
(1)通過內(nèi)源性神經(jīng)再生使神經(jīng)細(xì)胞活化;
(2)通過外源性NSCs移植,發(fā)揮細(xì)胞替代和旁分泌效應(yīng)等多種功能,促進(jìn)神經(jīng)再生與修復(fù)?
3、漸凍癥
漸凍癥全稱為肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS) ，目前是無法治愈的：利魯唑和依達(dá)拉奉是唯一獲準(zhǔn)用于治療ALS的藥物，但它們的療效不大。干細(xì)胞作為無法治療的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，特別是ALS的新型治療劑，前景廣闊。
我們和其他團(tuán)體先前的研究已經(jīng)證明，人類神經(jīng)干細(xì)胞 (hNSC) 有能力與腦組織整合，并在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的嚙齒動物模型中顯示出治療效果：這些研究表明，移植后，hNSC的后代能夠有效地整合到宿主腦實(shí)質(zhì)中并在其中存活，可能通過旁觀者效應(yīng)引發(fā)有益作用，包括釋放生長因子和免疫調(diào)節(jié)。
2019年，國際期刊雜志《Stem Cells Transl Med》發(fā)表了一篇《肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥椎管內(nèi)注射神經(jīng)干細(xì)胞I期臨床試驗(yàn)結(jié)果：長期結(jié)果》的文獻(xiàn)綜述。
結(jié)果表明源自自然流產(chǎn)的捐贈胎兒的非永生化人類神經(jīng)干細(xì)胞提供了一種高度可重復(fù)和標(biāo)準(zhǔn)化的良好生產(chǎn)規(guī)范生產(chǎn)方法。這種方法為漸凍癥提供了一種可行且安全的治療方法。
4、阿爾茨海默?。ɡ夏臧V呆癥）
阿爾茨海默癥是一種復(fù)雜的疾病，病因至今尚無定論。
醫(yī)學(xué)上普遍認(rèn)為它可能是一組異質(zhì)性疾病，在多種因素（包括生物和社會心理因素）的作用下才發(fā)病。從目前研究來看，該病的可能因素有家族史、頭部外傷、重金屬污染、氧化應(yīng)激壓力、甲狀腺病、病毒感染等。
但令人遺憾的是，目前全球醫(yī)學(xué)界對這種病仍束手無策，沒有能夠治愈阿爾茲海默癥的特效藥及治療。僅有的幾種藥物只能在一定程度上改善患者的認(rèn)知功能。針對阿爾茲海默病的治療只能早期控制一些癥狀，但是不能阻斷病情的進(jìn)展，開發(fā)新的治療方法，已迫在眉睫。
近年來，干細(xì)胞移植治療神經(jīng)退行性疾病越來越受到關(guān)注。干細(xì)胞移植對神經(jīng)退行性疾病發(fā)展過程中的多個緩解具有干預(yù)作用，如修復(fù)受損突觸、調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)和神經(jīng)保護(hù)等。目前，最常用于治療神經(jīng)退行性疾病的干細(xì)胞類型有NSCs、間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）等。其中，神經(jīng)干細(xì)胞移植治療阿爾茨海默病被認(rèn)為具有巨大潛力，可能在多個環(huán)節(jié)起作用，如保護(hù)毛細(xì)血管、減少Aβ和tau沉積、緩解炎性反應(yīng)和促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生等。
2023年10月，來自中國天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院趙嵐團(tuán)隊(duì)在《中國神經(jīng)再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上發(fā)表了題為“Neural stem cells promote neuroplasticity: a promising therapeutic strategy for the treatment of Alzheimer’s disease”的綜述。
該綜述發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)可塑性可在整個生命期存在，且隨著年齡的增長而其能力不斷下降，且在衰老和阿爾茨海默病患者中受損明顯。因此，促進(jìn)神經(jīng)可塑性可能是緩解阿爾茨海默病的一個有前途的策略。神經(jīng)干細(xì)胞不僅能減輕淀粉樣蛋白β和tau蛋白水平，也能促進(jìn)突觸可塑性和神經(jīng)發(fā)生以修復(fù)哺乳動物大腦的微環(huán)境，這被認(rèn)為是改善阿爾茨海默病有巨大潛力的新療法。
結(jié)論
神經(jīng)干細(xì)胞移植的治療潛力已得到科學(xué)界的廣泛認(rèn)可，但迄今為止進(jìn)行的臨床研究結(jié)果表明，要提高其療效還需要進(jìn)一步的研究。胚胎來源存在爭議且受到嚴(yán)格監(jiān)管，阻礙了研究的進(jìn)展。iPSC衍生的神經(jīng)干細(xì)胞被認(rèn)為是開發(fā)細(xì)胞療法的一個有前途的來源，因?yàn)樗鼈儾粫韨惱韱栴}，而且是一種可擴(kuò)展的 “取之不盡 “的來源。
參考資料：Fernandez-Mu?oz B, Garcia-Delgado AB, Arribas-Arribas B, Sanchez-Pernaute R. Human Neural Stem Cells for Cell-Based Medicinal Products. Cells. 2021 Sep 9;10(9):2377. doi: 10.3390/cells10092377. PMID: 34572024; PMCID: PMC8469920.
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