脊髓損傷 (SCI) 是一種毀滅性的疾病，使患者殘疾，并構(gòu)成全球健康負(fù)擔(dān)的相當(dāng)大比例。根據(jù)一項(xiàng)全球合作的研究，2016年全球有 93萬(wàn)例新病例和2704萬(wàn)例SCI流行病例。不幸的是，在中國(guó)，流行病學(xué)數(shù)據(jù)不足且區(qū)域分散。中國(guó)不同地區(qū)的SCI發(fā)病率范圍為百萬(wàn)分之2370萬(wàn)至百萬(wàn)分之60（后者在北京）。SCI患者在精神上、身體上和經(jīng)濟(jì)上都遭受痛苦。在加拿大，創(chuàng)傷性SCI患者的不完全截癱經(jīng)濟(jì)成本為150萬(wàn)美元，完全四肢癱瘓為300萬(wàn)美元。

管理脊髓損傷很困難，主要是由于其復(fù)雜的病理生理學(xué)和破壞性結(jié)果。SCI的病理生理學(xué)可分為兩個(gè)階段。初級(jí)階段是指對(duì)脊髓的初始物理創(chuàng)傷，直接破壞血液脊髓屏障。這會(huì)導(dǎo)致出血、水腫和對(duì)局部結(jié)構(gòu)（例如神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞、血管和細(xì)胞膜）的損傷。隨后的第二階段，由炎癥引起，是指延遲的組織破壞，包括血管功能障礙、缺血、水腫、電解質(zhì)轉(zhuǎn)移、興奮性毒性、炎癥、自由基損傷和細(xì)胞凋亡。雖然常駐神經(jīng)干細(xì)胞 (NSC) 可能在SCI的再生過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但損傷脊髓的內(nèi)源性修復(fù)仍然有限且知之甚少。結(jié)果，脊髓的正常功能喪失并且難以恢復(fù)。

目前對(duì)SCI的管理主要集中在減輕繼發(fā)性損傷和恢復(fù)急性和亞急性期的正常神經(jīng)功能。主要治療方法包括藥物神經(jīng)保護(hù)、早期手術(shù)抑制和穩(wěn)定以及增加動(dòng)脈壓。其他選擇，例如細(xì)胞移植療法（有或沒(méi)有支架）正在積極探索中，尚未應(yīng)用于臨床實(shí)踐。目前，SCI的有效臨床管理仍然有限，患者繼續(xù)在生理、精神和經(jīng)濟(jì)上遭受痛苦。

近年來(lái)，研究人員仍在努力尋找有效的SCI修復(fù)療法。干細(xì)胞的移植療法被認(rèn)為是有前景的，其中主要選擇包括間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs)、神經(jīng)干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞 (ESCs) 和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSCs) 。

神經(jīng)干細(xì)胞移植在脊髓損傷修復(fù)中的作用及應(yīng)用

與其他來(lái)源的干細(xì)胞相比，神經(jīng)干細(xì)胞的獨(dú)特之處在于其命運(yùn)向神經(jīng)譜系的分化受限。這使神經(jīng)干細(xì)胞具有治療多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛力，包括神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)退行性疾病以及脊髓損傷。神經(jīng)干細(xì)胞是產(chǎn)生神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)譜系的多能細(xì)胞，使其成為脊髓損傷修復(fù)的合適候選者。盡管治療結(jié)果因許多因素而異，但有證據(jù)支持神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)脊髓損傷修復(fù)的積極功效。

因此，我們認(rèn)為神經(jīng)干細(xì)胞具有相當(dāng)大的修復(fù)脊髓損傷潛力。有許多研究側(cè)重于神經(jīng)干細(xì)胞的各個(gè)方面，包括生成神經(jīng)干細(xì)胞的方法、神經(jīng)干細(xì)胞的可能修復(fù)機(jī)制、臨床前研究以及使用神經(jīng)干細(xì)胞驗(yàn)證療法的臨床試驗(yàn)。盡管如此，需要進(jìn)行綜合審查，以更廣泛地討論神經(jīng)干細(xì)胞移植如何幫助脊髓損傷修復(fù)。

我們將首先說(shuō)明神經(jīng)干細(xì)胞的內(nèi)源性和外源性來(lái)源。然后，我們將解釋神經(jīng)干細(xì)胞移植治療潛力和促進(jìn)脊髓損傷修復(fù)的機(jī)制。接下來(lái)，將總結(jié)和討論近年來(lái)利用神經(jīng)干細(xì)胞潛力的主要臨床前策略和臨床應(yīng)用，重點(diǎn)是策略設(shè)計(jì)和結(jié)果。

神經(jīng)干細(xì)胞的來(lái)源

神經(jīng)干細(xì)胞是可以自我更新并分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的多能干細(xì)胞。這些特征是神經(jīng)干細(xì)胞的基本特性，無(wú)論它們是內(nèi)源性的還是外源性的。在這篇綜述中，考慮到SCI是這篇綜述的主題，內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞是指位于受損脊髓中的那些。另一方面，外源性神經(jīng)干細(xì)胞是指在受傷脊髓外制備的神經(jīng)干細(xì)胞。

脊髓內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞：脊髓中的內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞可由SCI觸發(fā)。這些因此增殖，遷移到病變部位，并分化成更多數(shù)量的星形膠質(zhì)細(xì)胞和更少數(shù)量的少突膠質(zhì)細(xì)胞，從而形成膠質(zhì)瘢痕。內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞在SCI期間也發(fā)揮神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用并維持組織完整性。

外源性神經(jīng)干細(xì)胞：外源性神經(jīng)干細(xì)胞在受傷的脊髓外收獲，便于細(xì)胞移植治療。與內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞一樣，這些細(xì)胞具有相似的特征：自我更新、增殖和分化成多個(gè)神經(jīng)外胚層譜系。

可以使用各種方法制備外源性神經(jīng)干細(xì)胞。它們首先是從胚胎/胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織中提取的，其方案和治療效果已經(jīng)成熟。然而，倫理問(wèn)題限制了這些類型的神經(jīng)干細(xì)胞的應(yīng)用。iPSC衍生的NSC和iNSC是NSC的替代來(lái)源，允許從體細(xì)胞制備神經(jīng)干細(xì)胞。生產(chǎn)的便利和倫理問(wèn)題的避免使這些神經(jīng)干細(xì)胞充滿希望。嗅黏膜和ENS是提取神經(jīng)干細(xì)胞的新來(lái)源；這些技術(shù)為自體移植提供了機(jī)會(huì)。

神經(jīng)干細(xì)胞移植在脊髓損傷中的治療潛力

神經(jīng)干細(xì)胞具有多種有利于SCI修復(fù)的治療潛力。根據(jù)SCI修復(fù)的過(guò)程，神經(jīng)干細(xì)胞可以首先調(diào)節(jié)炎癥和免疫微環(huán)境，使巨噬細(xì)胞極化為抗炎M2型。然后神經(jīng)干細(xì)胞可以分泌生長(zhǎng)因子來(lái)支持運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)軸突的生長(zhǎng)。此外，它們可以分化成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞譜系，作為SCI修復(fù)的細(xì)胞來(lái)源。偏向神經(jīng)干細(xì)胞的分化命運(yùn)可能有助于減少SCI修復(fù)中形成的膠質(zhì)疤痕。神經(jīng)干細(xì)胞還可以在SCI修復(fù)過(guò)程中增加髓鞘形成，可能通過(guò)分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞。

炎癥微環(huán)境的調(diào)節(jié)：SCI的炎癥微環(huán)境與神經(jīng)干細(xì)胞之間存在相互作用。盡管仍有許多謎團(tuán)，但神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)炎癥和免疫微環(huán)境的調(diào)節(jié)可能是SCI修復(fù)的一個(gè)有希望的目標(biāo)。一項(xiàng)體外共培養(yǎng)研究表明，神經(jīng)干細(xì)胞可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化為M2型，依賴于白細(xì)胞介素 (IL)-4。與促炎M1巨噬細(xì)胞相比，M2巨噬細(xì)胞被認(rèn)為具有抗炎和修復(fù)作用。

神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的分泌：神經(jīng)干細(xì)胞可以自然分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，包括膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（GDNF）、神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）和胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF）-1。這些因素支持受損脊髓的軸突生長(zhǎng)和血管生長(zhǎng)，促進(jìn)SCI修復(fù)。

分化成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)譜系：神經(jīng)干細(xì)胞可以分化成多個(gè)細(xì)胞譜系，這是一個(gè)很有前景的治療靶點(diǎn)；大量研究集中在為NSC遷移、增殖和/或分化創(chuàng)造有利的微環(huán)境。在體內(nèi)，內(nèi)源性NSC主要分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)膠質(zhì)瘢痕形成并阻礙神經(jīng)再生。因此，一方面，星形膠質(zhì)細(xì)胞分化的阻斷可能有助于SCI修復(fù)。

此外，神經(jīng)干細(xì)胞的神經(jīng)元分化是另一種優(yōu)選的分化命運(yùn)，為重建脊髓損傷部位的神經(jīng)回路奠定了基礎(chǔ)。

促進(jìn)髓鞘形成：神經(jīng)干細(xì)胞可以增加受損脊髓的髓鞘形成，可能通過(guò)遷移到囊腔和分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞。脫髓鞘發(fā)生在SCI期間，并由于絕緣損失而損害電子信號(hào)傳導(dǎo)。研究表明，來(lái)自神經(jīng)干細(xì)胞的分化少突膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)增加局部髓鞘形成，從而促進(jìn)傳導(dǎo)，從而有利于SCI修復(fù)。

神經(jīng)干細(xì)胞移植在脊髓損傷治療中的應(yīng)用

臨床案例：神經(jīng)干細(xì)胞移植治療慢性脊髓損傷的首次人體I期研究

我們測(cè)試了人脊髓源性神經(jīng)干細(xì)胞 (NSI-566) 移植治療慢性脊髓損傷 (SCI) 的可行性和安全性。

在這項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，四名患有T2-T12 SCI的受試者接受了包括移除脊柱器械、椎板切除術(shù)和硬腦膜切開(kāi)術(shù)的治療，隨后是六次中線雙側(cè)立體定向NSI-566細(xì)胞注射。

所有受試者都很好地耐受了該程序，并且迄今為止沒(méi)有嚴(yán)重的不良事件（移植后18-27個(gè)月）。在兩名受試者中，使用ISNCSCI運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)評(píng)分檢測(cè)到一到兩個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)改善水平。我們的結(jié)果支持將NSI-566移植到SCI部位的安全性，并且在三個(gè)受試者中潛在功效的早期跡象需要在劑量遞增研究中進(jìn)一步探索NSI-566細(xì)胞。

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗(yàn)匯總

表格1列出迄今為止完成或終止的神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗(yàn)。與更豐富的臨床前試驗(yàn)相比，研究神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷修復(fù)的臨床試驗(yàn)很少。這些試驗(yàn)都使用了類似的移植方法，將人類神經(jīng)干細(xì)胞注射到髓內(nèi)空間。

至于安全性結(jié)果，入組的參與者都很好地耐受了移植手術(shù)。與未接受移植治療的SCI患者相比，人類NSC的移植與嚴(yán)重不良神經(jīng)系統(tǒng)影響和并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)無(wú)關(guān)。至于次要結(jié)果，如美國(guó)脊髓損傷協(xié)會(huì)損傷量表 (AIS) 等級(jí)變化和其他神經(jīng)系統(tǒng)評(píng)估，見(jiàn)證了一些適度的改善。這些結(jié)果為神經(jīng)干細(xì)胞移植療法帶來(lái)了廣闊的前景。

因此，雖然不能確定神經(jīng)干細(xì)胞移植對(duì)脊髓損傷的治療效果，但可以初步得出結(jié)論，這種移植策略耐受性良好且相對(duì)安全。

未來(lái)展望

首先，出于倫理和功效考慮，直接誘導(dǎo)的NSC和iPSC衍生的神經(jīng)干細(xì)胞優(yōu)于來(lái)自胚胎組織的更常用的神經(jīng)干細(xì)胞。iNSC和iPSC衍生的NSC特別適用于需要大量NSC的情況，例如在臨床試驗(yàn)中。雖然iPSC技術(shù)比誘導(dǎo)技術(shù)更受歡迎，但允許體細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化的第二代重編程提供了一種更快、更安全且更具成本效益的方法來(lái)制備NSC（即iNSC）。然而，關(guān)于iNSCs和iPSC衍生的NSCs治療SCI的安全性問(wèn)題仍有待解決。該領(lǐng)域需要抑制腫瘤形成的創(chuàng)新策略。此外，在SCI修復(fù)中實(shí)施此類策略的修復(fù)效果需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

其次，需要對(duì)脊髓中的NSC進(jìn)行分化控制。目前的結(jié)果表明，移植的NSC主要分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞，而不是神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞；這限制了NSC的再生作用。更詳細(xì)地了解SCI的病理生理學(xué)和 NSCs的分化機(jī)制可能有助于策略設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)NSCs的受控分化。NSCs可以分化成并補(bǔ)充在SCI中受損的細(xì)胞。

第三， NSC功效的體內(nèi)評(píng)估需要改進(jìn)。雖然天然脊髓的結(jié)構(gòu)和功能很復(fù)雜，但目前的體內(nèi)評(píng)估主要限于免疫組織化學(xué)檢查和運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估。此類評(píng)估僅提供對(duì)SCI修復(fù)效果的粗略了解。由于評(píng)估方法的限制，其他方面，例如感覺(jué)和自主恢復(fù)，被故意忽略。因此，需要進(jìn)行更徹底的評(píng)估，以更好地了解基于NSC的策略的功效。可以設(shè)計(jì)新的策略來(lái)直接改善修復(fù)不良的功能。

總之，神經(jīng)干細(xì)胞是脊髓損傷細(xì)胞移植治療的重要組成部分。它們的治療潛力為神經(jīng)干細(xì)胞的療法奠定了基礎(chǔ)。在臨床前測(cè)試中設(shè)計(jì)了許多策略，并取得了可喜的結(jié)果。然而，需要更多的工作來(lái)實(shí)現(xiàn)完全康復(fù)并轉(zhuǎn)化為臨床進(jìn)展。

希望隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，在不久的將來(lái)，脊髓損傷患者的治療不再僅依賴于支持性護(hù)理，而是能有更多科學(xué)性的治療手段，為處于絕望邊緣的患者帶來(lái)新生！

參考資料：Guo W, Zhang X, Zhai J, Xue J. The roles and applications of neural stem cells in spinal cord injury repair. Front Bioeng Biotechnol. 2022 Aug 29;10:966866. doi: 10.3389/fbioe.2022.966866. PMID: 36105599; PMCID: PMC9465243.

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