介紹

脊髓損傷 (SCI) 是一種毀滅性損傷，是患者和醫(yī)療保健系統(tǒng)廣泛心理和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的來源。據(jù)估計(jì)，SCI僅在美國就影響了超過100萬人，每年大約有17,000例新病例。目前的治療方法包括脊柱減壓手術(shù)、痙攣治療和康復(fù)治療。盡管臨床管理取得了一些進(jìn)步，改善了患者的生活質(zhì)量，但SCI的恢復(fù)非常有限，尋找麻痹的替代療法仍然是重中之重。

時(shí)間敏感且復(fù)雜的病理生理學(xué)使得研究SCI的治療靶標(biāo)變得特別困難。在最初的機(jī)械損傷之后，會發(fā)生一系列使患者病情惡化的繼發(fā)性事件。炎癥反應(yīng)、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生、抑制環(huán)境的形成和疤痕形成會阻礙軸突再生并限制許多治療干預(yù)的潛力（圖1）。

干細(xì)胞療法在脊髓損傷中表現(xiàn)出神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)再生潛力，具有不同的目標(biāo)和對刺激的反應(yīng)，例如調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、提供營養(yǎng)支持和提高可塑性。通過這些過度潛在的機(jī)制，來自不同組織來源的各種細(xì)胞，包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BM-MSCs）、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（U-MSCs）、脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（AD-MSCs）、神經(jīng)干細(xì)胞(NSCs)、神經(jīng)祖細(xì)胞 (NPCs)、胚胎干細(xì)胞 (ESCs)、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSCs) 和細(xì)胞外囊泡 (EVs)。以往的綜述討論了脊髓損傷的細(xì)胞治療，但缺乏系統(tǒng)的闡述，如這些細(xì)胞的原始功能、修飾細(xì)胞的功能、聯(lián)合治療的效果等。（表1）。

干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的策略

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

BM-MSCs是部分分化的祖細(xì)胞，存在于成人骨髓中并支持持續(xù)的造血和骨再生。這些細(xì)胞最初被認(rèn)為是多能的，具有分化成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的能力。

早期體內(nèi)研究表明，將BM-MSC引入脊髓挫傷大鼠的損傷部位導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元前體組織束的形成。將BM-MSC引入損傷部位可減少炎癥反應(yīng)和星形膠質(zhì)細(xì)胞瘢痕形成密度，和血脊髓屏障 (BSCB) 滲漏 ; 調(diào)制星形膠質(zhì)細(xì)胞增生；減輕神經(jīng)性疼痛；并改善后肢運(yùn)動(dòng)的功能恢復(fù)，這可能涉及基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMP) 2/STAT3通路。來自MSCs的條件培養(yǎng)基對SCI具有治療作用。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗(yàn)

BM-MSC治療頸椎SCI患者的縱向研究擴(kuò)展了自體BM-MSC并通過硬膜內(nèi)注射引入了這些細(xì)胞。移植后6個(gè)月，10名候選人中的6名觀察到上肢運(yùn)動(dòng)功能和磁共振成像 (MRI) 圖像有所改善。6名完全SCI患者接受了自體MSC和SC治療，結(jié)果顯示美國脊髓損傷協(xié)會 (ASIA) 分級、膀胱順應(yīng)性和軸突再生得到改善。同樣，一名慢性SCI患者接受了間充質(zhì)干細(xì)胞治療，神經(jīng)功能和行走能力得到改善。

總體而言，BM-MSC治療通過改善損傷部位的微環(huán)境、增強(qiáng)營養(yǎng)支持、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和減輕BSCB滲漏，有利于SCI的恢復(fù)?；颊咄ㄟ^接受自體細(xì)胞移植避免免疫反應(yīng)。因此，BM-MSCs由于其降低的免疫原性和提高的可用性而具有巨大的SCI治療潛力。然而，單細(xì)胞類型的治療效果、歸巢能力、存活和增殖是有限的。進(jìn)一步的研究應(yīng)該集中在這些方面和聯(lián)合治療以提高BM-MSCs的療效。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞

最近的研究調(diào)查了從臍帶和脂肪組織中分離出的MSCs。研究表明，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞保護(hù)神經(jīng)元免于凋亡，通過調(diào)節(jié)MMP2抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕的形成，減輕脊髓的缺血損害，減少反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中改善運(yùn)動(dòng)功能，并減輕脊髓損傷后的異常性疼痛和痛覺過敏。與BM-MSC相比，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞對神經(jīng)元的寬動(dòng)態(tài)范圍表現(xiàn)出更好的效果。

Park及其同事發(fā)現(xiàn)移植的臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞在SCI后1周表現(xiàn)出比12小時(shí)和2周更好的效果，這表明治療SCI的潛在時(shí)間點(diǎn)。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗(yàn)

U-MSCs在注射到壓縮性骨折患者的脊髓蛛網(wǎng)膜下腔、硬膜內(nèi)或硬膜外間隙后，改善了下肢的運(yùn)動(dòng)功能并擴(kuò)張了萎縮的脊髓。U-MSC移植后，10例胸腰椎SCI患者中有7例在運(yùn)動(dòng)、肌張力、膀胱功能和尿控制方面與僅接受康復(fù)治療的患者相比有明顯改善。1例2年完全性頸椎SCI患者體感誘發(fā)電位（SSEP）及神經(jīng)病理性疼痛臨床表現(xiàn)在U-MSC移植1年后明顯改善和減輕，SSEP反映有髓大纖維的生理功能。U-MSCs很容易獲得，因?yàn)槟殠ǔ１粊G棄。U-MSCs是從臍帶血、血管周圍區(qū)域和臍帶靜脈內(nèi)皮下獲得的，沒有倫理問題，這些細(xì)胞通過不同的機(jī)制有利于SCI的恢復(fù)。需要進(jìn)一步的努力來全面評估UC-MSC移植的有效性。

脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞

AD-MSC移植在慢性和急性SCI中顯示出令人滿意的效果。AD-MSCs的靜脈內(nèi)給藥可激活血管生成并上調(diào)ERK和Akt，從而改善后肢運(yùn)動(dòng)功能。AD-MSC還通過增加β3-微管蛋白、BDNF和睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子 (CNTF) 的表達(dá)來促進(jìn)細(xì)胞存活和組織修復(fù)。除了直接作用外，人脂肪來源的干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元/運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元樣細(xì)胞，從而減少空腔的形成并通過抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞再激活和抗炎因子的分泌來抑制免疫活性。

脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗(yàn)

一項(xiàng)研究調(diào)查了AD-MSCs自體移植對14名接受鞘內(nèi)移植的脊髓損傷患者的影響。ASIA感覺和運(yùn)動(dòng)評分以及電生理學(xué)評估（包括 MRI 和肌電圖）用于確定效果。干預(yù)后，10名患者的感覺有所改善，但使用MRI顯示的病變大小保持穩(wěn)定。接受AD-MSC治療的患者均未發(fā)生嚴(yán)重不良事件。在臨床轉(zhuǎn)化之前應(yīng)闡明一些障礙，例如細(xì)胞生成的標(biāo)準(zhǔn)方案、細(xì)胞特征和潛在機(jī)制的明確披露，以及應(yīng)使用更接近人類的大型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)祖細(xì)胞

NSC和NPC是多能細(xì)胞，分離自腦室和海馬的腦室下區(qū)以及脊髓中央管的室管膜區(qū)。這些細(xì)胞能夠分化成特定的神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，增強(qiáng)髓鞘再生并提供營養(yǎng)支持，這使得它們適用于SCI中的細(xì)胞移植治療。NPC主要分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞，增加髓鞘形成，并改善后肢功能。一項(xiàng)研究還表明，從腦室下區(qū)獲得的NPC移植可促進(jìn)SCI后的呼吸恢復(fù)，而這對分化不起作用。NPC移植增加了NGF、CNTF、BDNF、IGF-1和 GDNF的表達(dá)，這有利于SCI恢復(fù)。NPC還通過抑制反應(yīng)性巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞以及神經(jīng)保護(hù)性細(xì)胞因子的分泌來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。

胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞是多能干細(xì)胞，能夠在體內(nèi)分化成新的細(xì)胞類型。ESC分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，以替代 SCI中的無功能細(xì)胞或組織。然而，由于致瘤性的風(fēng)險(xiǎn)，它們的未分化形式很少使用。先前的研究表明，ESC移植對SCI恢復(fù)有效。ESC可促進(jìn)神經(jīng)元存活和神經(jīng)突發(fā)芽，具有治療SCI的潛力。

2014年的一項(xiàng)臨床研究表明，人ESC衍生的少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞移植對SCI患者是安全的。2016年的另外兩項(xiàng)研究表明，脊髓損傷患者在接受人類胚胎干細(xì)胞干預(yù)后身體功能得到恢復(fù)，并且沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞

由于胚胎干細(xì)胞的起源，人們對胚胎干細(xì)胞存在重大爭議。iPSC與ESC具有相同的多能特性，可能會解決這個(gè)問題。iPSC由重新編程的體細(xì)胞產(chǎn)生，這些體細(xì)胞與可接近的組織分離，例如自體皮膚，這避免了倫理問題，允許自體細(xì)胞移植，并防止排斥反應(yīng)。

一份病例報(bào)告表明，從一名健康的86歲男性獲得的iPSC衍生的NSC分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，并且軸突在細(xì)胞移植后延伸很長的距離并形成突觸。

挑戰(zhàn)與展望

干細(xì)胞在 SCI 細(xì)胞治療中具有神經(jīng)再生和神經(jīng)保護(hù)作用。SCI中基于細(xì)胞的療法在功能恢復(fù)方面具有不同的機(jī)制，例如免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞替代營養(yǎng)和支架支持。然而，干細(xì)胞療法存在特殊的安全問題。

首先，臨床前研究中經(jīng)常討論與細(xì)胞療法相關(guān)的免疫毒性、免疫原性和致瘤性。

其次，有限的細(xì)胞存活和有限的整合是以往研究中的常見障礙，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同，包括細(xì)胞數(shù)量、治療時(shí)間和移植策略。

三是要保證干細(xì)胞的遺傳穩(wěn)定性、世代一致性和儲存安全。干細(xì)胞移植的質(zhì)量和可重復(fù)性對臨床轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。細(xì)胞起源和生長條件的微小差異可能會對結(jié)果產(chǎn)生重大影響。

第四，應(yīng)進(jìn)一步研究作用機(jī)制和生物學(xué)特性，以指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

最后，樣本量小、監(jiān)督有限和質(zhì)量差是大多數(shù)注冊臨床試驗(yàn)的共同問題，阻礙了干細(xì)胞療法的發(fā)展。由于損傷類型和程度的異質(zhì)性、治療的特定時(shí)間以及移植細(xì)胞的不同數(shù)量，標(biāo)準(zhǔn)方案很難確定。

結(jié)論

盡管細(xì)胞療法為脊髓損傷治療提供了重要希望，但臨床轉(zhuǎn)化仍存在許多障礙。這些障礙包括合適的細(xì)胞類型和來源、細(xì)胞存活率、干細(xì)胞的質(zhì)量和可重復(fù)性以及最佳移植劑量和時(shí)機(jī)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人存在內(nèi)源性差異，臨床轉(zhuǎn)化前還需完成大量工作。每種類型的干細(xì)胞都有獨(dú)特的好處。以往的研究已經(jīng)著眼于如何增強(qiáng)干細(xì)胞的功效，并取得了積極的成果。未來的治療可能會使用各種新策略來解決SCI的問題。