近年來干細(xì)胞研究的快速發(fā)展為其在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。在過去的幾年里，針對廣泛的適應(yīng)癥啟動了數(shù)百項臨床試驗(yàn)。神經(jīng)系統(tǒng)的疾病和損傷仍然是再生醫(yī)學(xué)的一個挑戰(zhàn)。

神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)的最佳細(xì)胞，因?yàn)樗鼈兛梢苑只癁槌墒旒?xì)胞，最重要的是，分化為功能性神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。然而，它們的應(yīng)用受到多種因素的限制，例如難以獲取原材料、細(xì)胞數(shù)量有限、體外培養(yǎng)存在問題、時間長且昂貴以及倫理考慮。

另一方面，根據(jù)現(xiàn)有的臨床數(shù)據(jù)庫，大多數(shù)涉及細(xì)胞療法的注冊臨床試驗(yàn)都是使用從胎衣或成人體組織中獲得的間充質(zhì)干細(xì)胞/基質(zhì)細(xì)胞/信號細(xì)胞（MSC）進(jìn)行的。間充質(zhì)干細(xì)胞是多能細(xì)胞，在體外適當(dāng)條件下也能分化為神經(jīng)元樣和膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞；然而，它們的主要治療作用更多地與分泌和支持特性相關(guān)。間充質(zhì)干細(xì)胞作為細(xì)胞生態(tài)位的天然組成部分，通過免疫調(diào)節(jié)以及營養(yǎng)因子的分泌影響環(huán)境。

近期，國際期刊雜志《細(xì)胞》發(fā)表了一篇神經(jīng)干細(xì)胞 (NSC) 和間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 的相互作用作為大腦研究和神經(jīng)再生的一種有前途的方法的綜述，在這篇綜述中，我們討論了與雙邊MSC-NSC相互作用、環(huán)境條件下MSC向神經(jīng)細(xì)胞（嵴衍生細(xì)胞亞群）分化、生物支架或通過重建與NSC共培養(yǎng)相關(guān)的各種治療策略和激活機(jī)制。神經(jīng)細(xì)胞生態(tài)位的條件。

間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞合作的潛在能力

間充質(zhì)干細(xì)胞可以遷移到大腦受損部位，產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)和血管保護(hù)作用。此外，它們可以促進(jìn)受損大腦皮層的細(xì)胞再生，而它們的分泌組對腦外傷后的神經(jīng)元具有有利的影響。

然而，關(guān)于MSC是否可以與NSC或其生態(tài)位相互作用以提高NSC分化為成熟和功能性神經(jīng)元的再生能力的研究仍在進(jìn)行中。間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞單獨(dú)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的再生潛力較低，但它們獨(dú)特的功能可以建立協(xié)同關(guān)系，這對于增強(qiáng)治療效果至關(guān)重要。神經(jīng)干細(xì)胞移植可以提供新的神經(jīng)祖細(xì)胞，而MSC可以通過佐劑效應(yīng)和細(xì)胞間接觸來免疫微環(huán)境并支持新生成的神經(jīng)母細(xì)胞的存活和分化（圖1）。

神經(jīng)干細(xì)胞生態(tài)位

由多種類型細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）組成的復(fù)雜環(huán)境，以及與每個干細(xì)胞群體相關(guān)的信號分子，統(tǒng)稱為干細(xì)胞龕。干細(xì)胞龕是維持自我更新能力和多向性NSC分化潛力的局部微環(huán)境的關(guān)鍵詞因素。

在神經(jīng)干細(xì)胞微環(huán)境中，ECM的主要作用集中于神經(jīng)發(fā)育和再生過程，如神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)修復(fù)、神經(jīng)細(xì)胞遷移和軸突生長。ECM的生物物理特性對其功能至關(guān)重要，包括彈性、基質(zhì)孔徑、結(jié)構(gòu)和地形。上述生態(tài)位成分之間的相互作用如圖2所示。

神經(jīng)干細(xì)胞

成人大腦中的神經(jīng)干細(xì)胞以兩種狀態(tài)存在：它們可以是活躍的或靜止的，這分別與兩個重要的生態(tài)位控制過程：神經(jīng)發(fā)生和靜止有關(guān)。

靜止神經(jīng)干細(xì)胞（qNSCs）的特點(diǎn)是新陳代謝率低，對環(huán)境信號高度敏感。與其他組織的干細(xì)胞不同，NSCs隨時都會經(jīng)歷多個激活階段，從而維持增殖與靜止之間的平衡，限制代謝壓力，并因此抑制衰老和轉(zhuǎn)化過程。它調(diào)節(jié)著人腦的神經(jīng)發(fā)生率和神經(jīng)發(fā)生能力。為了防止NSCs過早衰竭，qNSCs表現(xiàn)出細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶-p57、p27 和p21的表達(dá)。染色質(zhì)鏈螺旋酶DNA結(jié)合蛋白7（CHD7）也有類似的作用。

靜止神經(jīng)干細(xì)胞的活化被描述為神經(jīng)發(fā)生的第一階段。神經(jīng)發(fā)生和膠質(zhì)細(xì)胞生成受到大量協(xié)同和拮抗因子的嚴(yán)格控制，如細(xì)胞因子、形態(tài)發(fā)生因子或生態(tài)位微環(huán)境中的神經(jīng)遞質(zhì)（圖3）。

形態(tài)發(fā)生因子對胚胎和成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中的組織分化至關(guān)重要。形態(tài)發(fā)生因子的基本例子包括BMP信號通過促進(jìn)NSCs的星形膠質(zhì)細(xì)胞承諾及其靜止來調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)生；Notch信號誘導(dǎo)NSCs的維持和增殖，也參與中風(fēng)、阿爾茨海默病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的腦損傷和修復(fù)過程；Wnt促進(jìn)NSCs的靜止和自我更新；Shh負(fù)責(zé)NSC的維持。

神經(jīng)干細(xì)胞治療當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)

近年來，越來越多的證據(jù)表明神經(jīng)干細(xì)胞在細(xì)胞治療中的應(yīng)用具有巨大的重要性。目前，在ClinicalTrials.gov上注冊的臨床研究多達(dá)74項。人們對應(yīng)用這些干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病越來越感興趣，包括缺血性中風(fēng)、帕金森病和阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS) 或脊髓損傷 (SCI)。由于內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的恢復(fù)能力無效，因此對多種來源的NSC進(jìn)行了測試，包括胎兒和成人CNS衍生的NSC、來自多能干細(xì)胞的神經(jīng)祖細(xì)胞以及非神經(jīng)干細(xì)胞：表格1）。

到目前為止，尚未選擇理想的可用來源。每個來源都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，下表總結(jié)了這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）

間充質(zhì)干細(xì)胞是一組高度異質(zhì)性的細(xì)胞，其特征是快速增殖能力、表型可塑性和多向功能細(xì)胞類型的分化。與也被廣泛研究的胚胎干細(xì)胞（ESC）和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）一樣，它們是目前再生細(xì)胞療法中最繁榮和最有前途的治療方法之一。

間充質(zhì)細(xì)胞的主要來源包括：骨髓（BM-MSCs）、脂肪組織（AD-MSCs）、胎盤、臍帶組織，主要是沃森氏膠（WJ-MSCs）、臍帶血（UCB-MSC）、牙髓、肌肉、真皮等。MSC的獲取被認(rèn)為是一種容易獲得、簡單且安全的細(xì)胞來源。此外，獲得ESC或NSC不存在道德困境。間充質(zhì)干細(xì)胞的治療益處還可以通過將細(xì)胞與其他結(jié)構(gòu)（例如生物材料或支架）相結(jié)合來獲得，這似乎是損傷修復(fù)的一種創(chuàng)新方法。

間充質(zhì)干細(xì)胞的支持機(jī)制

間充質(zhì)干細(xì)胞具有在損傷部位重新增殖的能力、免疫調(diào)節(jié)能力以及由分泌活性和外泌體釋放組成的旁分泌活性，因此可對受損組織的再生產(chǎn)生重大影響。通過細(xì)胞間的接觸，間充質(zhì)干細(xì)胞可接收到適當(dāng)?shù)拇碳ば盘?，通過有絲分裂獨(dú)立地復(fù)制出相同的細(xì)胞，然后遷移、修復(fù)和替代受損細(xì)胞。這種交流是由被稱為外泌體或細(xì)胞外囊泡（EVs）的關(guān)鍵介質(zhì)促成的。

增加間充質(zhì)干細(xì)胞神經(jīng)源潛力的策略

在再生醫(yī)學(xué)中，間充質(zhì)干細(xì)胞可用作神經(jīng)細(xì)胞的來源或作為神經(jīng)干細(xì)胞的支持物。在此，我們重點(diǎn)關(guān)注兩種前景廣闊的方法–神經(jīng)球培養(yǎng)和細(xì)胞支架三維培養(yǎng)。

間充質(zhì)干細(xì)胞的當(dāng)前臨床應(yīng)用和未來展望

使用間充質(zhì)干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病存在許多含糊之處。一些研究顯示了幾種有益的效果，同時也報道了相反的結(jié)果。間充質(zhì)干細(xì)胞在治療缺血性中風(fēng)方面的應(yīng)用已得到廣泛研究。人們發(fā)現(xiàn)，由于其可塑性，間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化成神經(jīng)元樣表型，并具有巨大的免疫調(diào)節(jié)潛力。臨床前結(jié)果似乎很有希望，但它們也顯示出治療的許多副作用，包括栓塞、腫瘤形成，甚至β-淀粉樣蛋白積累。

此外，在未來的臨床干細(xì)胞治療中，應(yīng)仔細(xì)考慮和優(yōu)化MSC給藥途徑進(jìn)入受損神經(jīng)細(xì)胞的安全性和有效性。一些研究表明3D球體作為中風(fēng)細(xì)胞治療的新策略在治療應(yīng)用中具有巨大潛力 。

圍繞間充質(zhì)干細(xì)胞治療的臨床用途最常討論的問題之一是治療有效增殖的時間限制能力，因?yàn)橐阎狹SC密集分裂的潛力在第七代以上顯著降低。在這個轉(zhuǎn)變之后，出現(xiàn)一些形態(tài)、表型和染色體變化，并且衰老過程開始。間充質(zhì)干細(xì)胞不能再像早期傳代時那樣強(qiáng)烈地再生和分化。這些特性也與細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)基和條件有關(guān)。

另一個常見但同樣重要的因素是間充質(zhì)干細(xì)胞對環(huán)境氧濃度變化的敏感性。有趣的是，5％氧氣濃度的缺氧已被證明可以顯著增加細(xì)胞增殖。對MSC的治療效果產(chǎn)生巨大影響并影響其異質(zhì)可塑性的其他因素與干細(xì)胞的來源、供者的年齡和個體間差異以及組織采集和分離的程序有關(guān)。根據(jù)目前的文獻(xiàn)，MSCs的表型重編程取決于體外培養(yǎng)過程中的環(huán)境變化，可以顯著調(diào)節(jié)再生特性以及細(xì)胞移植的安全性。

間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞的相互作用

在混合神經(jīng)球系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)的外殼由NSC形成，而MSC則形成核心。此外，共培養(yǎng)可以改變MSC的分化特征，并且兩種干細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄特征在共培養(yǎng)期間也會發(fā)生改變。

在共培養(yǎng)系統(tǒng)中觀察到分化的MSC和NSC之間的相互作用，該系統(tǒng)結(jié)合了兩種細(xì)胞類型的優(yōu)點(diǎn)（表2）。NSC的體外分化通過與MSC的相互作用得到改善。此外，NSCs還能促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的神經(jīng)分化。間充質(zhì)干細(xì)胞不僅能影響分化過程，還能提高NSCs的增殖和存活率。與間充質(zhì)干細(xì)胞共培養(yǎng)可保持神經(jīng)干細(xì)胞的干性，即使在培養(yǎng)基中缺乏表皮生長因子和堿性表皮生長因子的情況下也是如此。細(xì)胞間直接接觸比MSC條件培養(yǎng)基中的Transwell培養(yǎng)或NSC培養(yǎng)具有更大的優(yōu)勢。

在混合神經(jīng)球系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)的外殼由NSCs形成，而核心則由神經(jīng)干細(xì)胞形成。此外，共培養(yǎng)可改變間充質(zhì)干細(xì)胞的分化特征，兩種干細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄特征在共培養(yǎng)過程中也會發(fā)生改變。

神經(jīng)細(xì)胞來源	間充質(zhì)干細(xì)胞來源	附加信息	觀察結(jié)果	參考書目
NSC 和 NPC
成人大腦（m）	脂肪組織（大鼠）	在殼聚糖表面共培養(yǎng)為球體	-促進(jìn)NSC體外和體內(nèi)存活	[ 148 ]
成年海馬，腹區(qū) (r)	骨髓（大鼠）	BM-MSC和NSC的貼壁培養(yǎng)	-NSCs少突分化增加	[ 150 ]
成年海馬 (rm)	骨髓（人）	NSCs在MSCs上培養(yǎng)	-刺激NSC分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞	[ 149 ]
大腦（m）	脂肪組織（米）	NSCs之前照射過， 與MSCs采用transwell系統(tǒng)共培養(yǎng)	-共培養(yǎng)后受輻射的NSC存活率更高-共培養(yǎng)后受輻射NSC的克隆性更高	[ 151 ]
海馬NPC (r)m	MSC，ns（人）	NS	-用β淀粉樣蛋白治療的NPC（阿爾茨海默病模型）-經(jīng)處理的NPC的神經(jīng)發(fā)生增加并增強(qiáng)神經(jīng)元分化	[ 152 ]
全腦提取物 (r)	骨髓（右）	培養(yǎng)基中缺乏有絲分裂原	-保存NSC的干性	[ 147 ]
胎兒組織 (h)	骨髓（人）	NSC覆蓋MSC或MSC覆蓋 NSC， 帶或不帶Notch-1	-NSCs增加Notch-1和Hes-1的表達(dá)-NSC增殖增加-NSC的干性增強(qiáng)	[ 145 ]
胎兒組織 (h)	骨髓（人）	Transwell系統(tǒng)共培養(yǎng)	-促進(jìn)BM-MSCs神經(jīng)元分化-NGF和BDNF分泌增加	[ 144 ]
細(xì)胞系（ATCC，目錄#CRL-2925），（m）	脂肪組織（人）	混合共培養(yǎng)， 體外缺血模型	-抑制NSC凋亡	[ 146 ]
NPC 細(xì)胞系 (Millipore) (r)	WJ術(shù)語和預(yù)術(shù)語 (h)	直接共培養(yǎng)和Transwell共培養(yǎng)	-直接共培養(yǎng)中NPC膠質(zhì)標(biāo)記物的表達(dá)增加	[ 10 ]
來自 iPSC 的 NSC (h)	脂肪組織（人）	培養(yǎng)插入物，MSC優(yōu)于NSC	-預(yù)防NSC中脂多糖誘導(dǎo)的核因子-κB (NF-κB) 激活-NSCs和MSCs移植到脊髓損傷大鼠后，疤痕更小，β-III微管蛋白陽性軸突保存更好	[ 153 ]
分化細(xì)胞
胎兒腦星形膠質(zhì)細(xì)胞（h）	骨髓（人）	間充質(zhì)干細(xì)胞神經(jīng)球	-突觸形成-電活性神經(jīng)元的產(chǎn)生	[ 106 ]
星形膠質(zhì)細(xì)胞 (m)	脂肪組織（人）	源自ALS小鼠模型的星形膠質(zhì)細(xì)胞， Transwell系統(tǒng)共培養(yǎng)	-增強(qiáng)谷氨酸吸收-神經(jīng)保護(hù)劑的分泌增加	[ 154 ]
胎兒海馬，神經(jīng)元（m）	UCB（臍帶血）	Transwell系統(tǒng)共培養(yǎng)，用 Aβ42處理的神經(jīng)元（阿爾茨海默病模型）	-預(yù)防阿爾茨海默病模型中Aβ42肽引起的突觸密度降低	[ 155 ]
從 SH-SY5Y 分化的神經(jīng)元 (h)	UCB（臍帶血）	OGD應(yīng)激神經(jīng)元、MSC插入	-拯救神經(jīng)細(xì)胞免于凋亡	[ 156 ]
器官型海馬切片 (r)	WJ（沃頓膠）	OGD應(yīng)激海馬切片	-間充質(zhì)干細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)作用-WJ和WJ-MSC 的神經(jīng)分化增強(qiáng)	[ 75 ]
器官型海馬切片 (r)	WJ（沃頓膠）	OGD應(yīng)激海馬切片，transwell系統(tǒng)共培養(yǎng)	-海馬細(xì)胞凋亡減少和血管萎縮	[ 6 ]

縮寫：h—人，m—小鼠，r—大鼠； AT—脂肪組織、BDNF—腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、BM—骨髓、iPSC—誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、MSC—間充質(zhì)干細(xì)胞、NGF—神經(jīng)生長因子、NPC—神經(jīng)祖細(xì)胞、NSC—神經(jīng)干細(xì)胞、OGD —缺氧葡萄糖，UCB—臍帶血，WJ—沃頓膠。

間充質(zhì)干細(xì)胞還能影響神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的分化。研究首先發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞神經(jīng)球和原代星形膠質(zhì)細(xì)胞的共培養(yǎng)可誘導(dǎo)突觸形成，觀察到的結(jié)構(gòu)（樹突、細(xì)胞體和棘突）被確定為神經(jīng)元的一部分。然后，檢測到它們的電活動和動作電位。此外，有報道稱間充質(zhì)干細(xì)胞可在氧-葡萄糖剝奪模型中挽救神經(jīng)細(xì)胞凋亡。在與間充質(zhì)干細(xì)胞共培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)ALS小鼠模型中的星形膠質(zhì)細(xì)胞對谷氨酸的攝取增加；在體外阿爾茨海默病模型中，間充質(zhì)干細(xì)胞可防止突觸密度降低。

觀察到的治療效果與間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞分泌營養(yǎng)因子有關(guān)。MSC被證明可以通過增加抗炎細(xì)胞因子（TGF-β、IL-6和IL-10）的表達(dá)并減少促炎因子（NF-κB和COX-2）的表達(dá)來調(diào)節(jié)應(yīng)激神經(jīng)元細(xì)胞的存活。MSCs不僅增加了TGF-1的表達(dá)，還增加了NSCs中TGF-1受體的表達(dá)。此外，抑制TGFβ信號傳導(dǎo)會阻斷分化過程。

間充質(zhì)干細(xì)胞與神經(jīng)干細(xì)胞聯(lián)合移植在體內(nèi)發(fā)揮了治療作用。由于其免疫調(diào)節(jié)活性，MSC為移植的NSC提供了環(huán)境，從而增強(qiáng)了NSC體內(nèi)的存活率。MSC的存在減少了移植所需的NSC數(shù)，導(dǎo)致脊髓損傷后大鼠的功能恢復(fù)更大，并延長了患有亨廷頓病的大鼠的治療效果。據(jù)報道，SDF1過表達(dá)NSC和MSC的移植可以改善行為功能。

總結(jié)

干細(xì)胞與伴生/支持細(xì)胞之間的相互作用對平衡和組織再生至關(guān)重要。在許多器官中，間充質(zhì)干細(xì)胞維持干細(xì)胞的存活和轉(zhuǎn)運(yùn)增殖細(xì)胞（TAC）的增殖，然后分化成目標(biāo)細(xì)胞類型。雖然證據(jù)尚不充分，但間質(zhì)作為生態(tài)位的組成部分，似乎在靜止的間充質(zhì)干細(xì)胞與增殖、分化和從細(xì)胞龕遷移的祖細(xì)胞之間的平衡中發(fā)揮作用。

神經(jīng)干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞之間也存在同樣的相互作用。

• 由于神經(jīng)干細(xì)胞可能是所有神經(jīng)細(xì)胞類型的無限來源，而間充質(zhì)干細(xì)胞則顯示出高度的旁分泌活性，因此將它們聯(lián)合用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病似乎極具前景。

根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)文獻(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞的結(jié)合似乎代表了一個有前途的治療前景（圖4）。

• 神經(jīng)干細(xì)胞可以作為分化成成熟神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞來源。
• 反過來，間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過神經(jīng)保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)和促血管生成活性支持神經(jīng)干細(xì)胞的移植。使用間充質(zhì)干細(xì)胞的另一個優(yōu)點(diǎn)是易于從多個來源分離并且不產(chǎn)生腫瘤。

盡管這種相互作用的機(jī)制尚未被探索，但其效果已經(jīng)非常有希望。盡管如此，仍然需要對這種組合的使用進(jìn)行更多研究，特別是在動物模型和人體臨床試驗(yàn)中。

參考資料：Kaminska A, Radoszkiewicz K, Rybkowska P, Wedzinska A, Sarnowska A. Interaction of Neural Stem Cells (NSCs) and Mesenchymal Stem Cells (MSCs) as a Promising Approach in Brain Study and Nerve Regeneration. Cells. 2022 Apr 26;11(9):1464. doi: 10.3390/cells11091464. PMID: 35563770; PMCID: PMC9105617.

免責(zé)說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業(yè)觀點(diǎn)，不構(gòu)成任何臨床診斷建議！杭吉干細(xì)胞所發(fā)布的信息不能替代醫(yī)生或藥劑師的專業(yè)建議。如有版權(quán)等疑問，請及時跟本公眾號聯(lián)系，我們將在第一時間處理。