簡述：腦缺血性卒中是最常見的死亡和致殘?jiān)蛑?，目前臨床上尚無有效的治療策略。由于不可逆的功能性神經(jīng)元丟失和神經(jīng)組織損傷，神經(jīng)干細(xì)胞移植可能是最有希望的治療方法。神經(jīng)干細(xì)胞（Neural stem cells，NSCs）作為一種特殊類型的干細(xì)胞，僅存在于神經(jīng)系統(tǒng)中，可分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，具有代償內(nèi)源性神經(jīng)細(xì)胞不足和改善細(xì)胞存活的炎癥微環(huán)境的能力。

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦缺血性中風(fēng)的回顧與展望

本綜述圍繞神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦缺血性腦卒中的重要作用，重點(diǎn)介紹了優(yōu)化神經(jīng)干細(xì)胞移植治療效果的方法，如特定基因的轉(zhuǎn)染和過表達(dá)，用炎癥因子預(yù)處理神經(jīng)干細(xì)胞，并與細(xì)胞因子共同移植。接下來，我們討論了神經(jīng)干細(xì)胞移植的潛在問題，這些問題嚴(yán)重限制了其快速臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

在全球范圍內(nèi)，中風(fēng)是導(dǎo)致死亡和殘疾的三大常見原因之一。分為以下兩種類型：缺血性腦卒中和出血性腦卒中，其中缺血性腦卒中占四分之三以上（約80%-85%）。

缺血性中風(fēng)可在腦缺血區(qū)周圍引起一些有害的病理生理變化。該事件主要表現(xiàn)為局部腦組織在短時間內(nèi)出現(xiàn)血液中斷后神經(jīng)組織發(fā)生急性缺血缺氧。隨后發(fā)生一系列級聯(lián)反應(yīng)，包括局部氧自由基和活性氧的產(chǎn)生，局部組織通透性增加，腦水腫的產(chǎn)生，局部免疫炎癥細(xì)胞浸潤，神經(jīng)炎癥的發(fā)展，血腦屏障破壞. 這些病變在短時間內(nèi)顯著擴(kuò)大，導(dǎo)致局部神經(jīng)細(xì)胞損傷和壞死，功能神經(jīng)元減少，軸突網(wǎng)絡(luò)中斷。

隨后，由于周圍缺血細(xì)胞區(qū)域的微環(huán)境極差，繼發(fā)性腦損傷發(fā)生，導(dǎo)致不可逆的神經(jīng)組織損傷。限制神經(jīng)組織的自我修復(fù)。即使在缺血區(qū)域血流恢復(fù)后，仍然沒有足夠的神經(jīng)細(xì)胞和適當(dāng)?shù)拿庖呶h(huán)境來補(bǔ)充和修復(fù)死亡的功能性神經(jīng)組織。這最終會導(dǎo)致永久性局部神經(jīng)組織丟失和大腦神經(jīng)功能缺陷（圖1)。

局部腦組織斷血后，會發(fā)生一系列級聯(lián)反應(yīng)：BBB破壞、血管通透性增加、腦水腫產(chǎn)生、炎癥因子浸潤、氧自由基和ROS產(chǎn)生、神經(jīng)炎癥發(fā)生等，誘發(fā)局部神經(jīng)細(xì)胞壞死和軸突網(wǎng)絡(luò)破壞，導(dǎo)致功能神經(jīng)元減少和不可逆的大腦神經(jīng)功能缺陷。

腦卒中臨床治療的主要目的是在腦卒中發(fā)病后盡早恢復(fù)局部腦血流灌注,減少殘疾或功能障礙的發(fā)生和程度。

傳統(tǒng)醫(yī)療分為藥物和非藥物，主要采用靜脈或動脈的溶栓，以及中醫(yī)理療，包括針刺、推拿等。

腦卒中溶栓療法時間窗短，且大多數(shù)患者無法取得良好的治療效果，因此預(yù)防與預(yù)后均特別重要。目前對于其治療目的是改善腦部血液循環(huán)，增加缺血區(qū)的半暗帶區(qū)的血流及氧的供應(yīng)，控制腦水腫，防治并發(fā)癥。

神經(jīng)干細(xì)胞移植技術(shù)在缺血性腦卒中的臨床應(yīng)用價值

隨著干細(xì)胞治療研究的發(fā)展，成體干細(xì)胞越來越受到重視，為未來臨床治療包括缺血性腦卒中在內(nèi)的難治性疾病提供了新的方向。神經(jīng)干細(xì)胞具有自我更新、低免疫原性、良好的組織相容性以及多向分化潛能等優(yōu)點(diǎn)；它們可以分化成三種類型的神經(jīng)細(xì)胞來維持和修復(fù)受損的腦組織。

因此，神經(jīng)干細(xì)胞作為一種天然的活性資源，被認(rèn)為是治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的良好工具。許多臨床前研究發(fā)現(xiàn)外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植可以顯著補(bǔ)充或替代受損組織，治療多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。研究也表明，外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病后，不僅體內(nèi)補(bǔ)充了內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的不足，而且組織損傷區(qū)周圍的免疫微環(huán)境也得到了改善。許多臨床前研究已經(jīng)證明外源性神經(jīng)干細(xì)胞對神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有一定的治療作用，并且有研究發(fā)現(xiàn)外源性神經(jīng)干細(xì)胞可以通過與一些細(xì)胞因子[如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF) 或NGF等。

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦缺血性中風(fēng)

大量此類研究評估了移植的外源性神經(jīng)干細(xì)胞在腦缺血性中風(fēng)的臨床前動物中的治療效果和安全性。他們的研究結(jié)果表明，外源性神經(jīng)干細(xì)胞可以顯著改善腦缺血動物的預(yù)后，不僅功能預(yù)后得到改善，組織學(xué)梗死體積也明顯減少，且沒有明顯的安全性問題。

以下兩種主要機(jī)制已被批準(zhǔn)用于治療腦缺血性中風(fēng)的外源性NSCs活性，根據(jù)第一種機(jī)制，外源性干細(xì)胞移植彌補(bǔ)了內(nèi)源性干細(xì)胞的不足，激活了更多的內(nèi)源性細(xì)胞來修復(fù)神經(jīng)損傷；第二種機(jī)制揭示了外源性干細(xì)胞移植改善了缺血區(qū)域周圍的炎癥免疫微環(huán)境，進(jìn)而基于旁觀者效應(yīng)介導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建（圖2)。

外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植到缺血腦內(nèi)后，可誘導(dǎo)SVZ區(qū)的內(nèi)源性NSCs激活。然后外源性和內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞遷移到缺血損傷的皮質(zhì)部位，分化為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元，有助于神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成和神經(jīng)組織修復(fù)。

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療缺血性腦卒中的動物實(shí)驗(yàn)

目前，神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦缺血性腦卒中動物模型的結(jié)果令人滿意。此外，干細(xì)胞移植的有效性和安全性也得到證實(shí)。Lees等和Vu等使用薈萃分析分別在腦缺血性卒中臨床前動物模型中評估干細(xì)胞移植（包括 NSCs）的治療效果。治療后腦缺血動物神經(jīng)功能明顯改善，腦梗死體積縮小。此外，預(yù)后改善程度與干細(xì)胞來源、注射途徑、注射時機(jī)和注射劑量相關(guān)。

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療缺血性腦卒中的臨床試驗(yàn)

目前，在腦缺血性中風(fēng)的臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫（ClinicalTrials.gov）中注冊的NSCs臨床試驗(yàn)很少。第一項(xiàng)研究是在英國格拉斯哥大學(xué)伊麗莎白女王大學(xué)醫(yī)院進(jìn)行的II期臨床試驗(yàn) ( NCT02117635)。目前的試驗(yàn)狀態(tài)表明它已經(jīng)完成。他們于2016年8月在《柳葉刀》雜志上發(fā)表了人NSC治療慢性腦缺血性中風(fēng)的I期臨床試驗(yàn)（NCT01151124）。

該臨床研究是一項(xiàng)非盲的單中心移植研究，涉及不同劑量的CTX0E03細(xì)胞（永生化NSC細(xì)胞系，ReNeuron）。永生化NSCsCTX0E03的同種異體移植通過立體定向注射進(jìn)行。共有11名患者入組。四組注射不同劑量的外源性神經(jīng)干細(xì)胞?；颊唠S訪2年，并通過NIHSS（美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表）和 Barthel 指數(shù)方法進(jìn)行評估。所有評估方法和MRI圖像證實(shí)，外源性神經(jīng)干細(xì)胞顯著改善神經(jīng)干細(xì)胞移植后患者的神經(jīng)功能，且無相關(guān)不良反應(yīng)。該研究是首次在臨床腦缺血性卒中患者中進(jìn)行的外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植。由于人類白細(xì)胞抗原（HLA）錯配，所有患者均未使用免疫抑制劑，結(jié)果顯示部分患者神經(jīng)功能有明顯改善。但由于I期臨床試驗(yàn)納入的患者數(shù)量較少，且未納入對照組或安慰劑組（這可能涉及倫理問題），因此預(yù)計(jì)II期臨床試驗(yàn)將有更詳細(xì)的數(shù)據(jù)。

第二項(xiàng)研究是在北京八一腦科醫(yī)院注冊的I期臨床試驗(yàn)（NCT03296618）。在這項(xiàng)研究中，使用了來自 Neuralstem 的NSI-566細(xì)胞系的外源性神經(jīng)干細(xì)胞，該細(xì)胞系來源于原代人胎兒脊髓組織。該I期臨床試驗(yàn)結(jié)果尚未公布。

優(yōu)化神經(jīng)干細(xì)胞移植的療效

盡管臨床前研究證實(shí)了神經(jīng)干細(xì)胞移植治療缺血性腦卒中的有效性和安全性，但仍存在一些爭議。由于干細(xì)胞在體內(nèi)的移植效率或存活率不足5% ，因此該療法在臨床應(yīng)用前仍有許多問題需要解決。最重要的問題是移植后神經(jīng)干細(xì)胞在體內(nèi)的移植效率和分化率。此外，內(nèi)源性和外源性神經(jīng)干細(xì)胞在體內(nèi)分化為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的比例明顯高于神經(jīng)元。

因此，許多研究試圖通過不同的策略來改變神經(jīng)干細(xì)胞的基因表達(dá)或蛋白質(zhì)水平，例如病毒轉(zhuǎn)染以表達(dá)特定基因，用炎癥免疫因子預(yù)處理細(xì)胞，以及與細(xì)胞因子結(jié)合以增加移植細(xì)胞的治療效果。

神經(jīng)干細(xì)胞移植的潛在問題

盡管臨床前和臨床研究均已證實(shí)，外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植可以治療缺血性腦卒中、神經(jīng)退行性疾病等多種難治性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，但仍存在一定的局限性和潛在的副作用，包括干細(xì)胞的大規(guī)模生產(chǎn)瓶頸、潛在的同種異體細(xì)胞排斥、細(xì)胞致瘤性風(fēng)險、細(xì)胞移植的移植或存活效率、細(xì)胞給藥途徑的困難以及靶向問題。這些都限制了神經(jīng)干細(xì)胞的快速臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

前景干細(xì)胞為基礎(chǔ)的無細(xì)胞治療策略

目前，基于干細(xì)胞的療法是治療難治性疾病最有希望的方法。大量研究證實(shí)了干細(xì)胞治療對包括缺血性腦卒中在內(nèi)的難治性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的有效性和可行性。雖然移植的外源性NSCs可以在急性腦卒中后提供神經(jīng)保護(hù)作用，并為慢性腦卒中補(bǔ)充丟失的神經(jīng)組織（通過直接細(xì)胞替代和增強(qiáng)內(nèi)源性修復(fù)），但并未達(dá)到完全康復(fù)的最終目標(biāo)，仍存在一些問題需要解決解決。

多項(xiàng)研究證實(shí)旁分泌效應(yīng)在干細(xì)胞移植中起主要作用，而造成這種旁分泌效應(yīng)的主要分子是細(xì)胞外囊泡（EVs）。外泌體是源自在EV中起主要作用的細(xì)胞的胞吐囊泡的小分子。

外泌體直徑約30-150nm，可被所有細(xì)胞分泌，包括蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和RNA；此外，它們在細(xì)胞間通訊中起著非常重要的作用。由于外泌體在一定程度上具有其來源細(xì)胞的活性成分和功能特性，因此它們可用于開發(fā)新型無細(xì)胞治療。相關(guān)臨床前和臨床研究證實(shí)干細(xì)胞外泌體安全有效；它們不僅可以穿過生物屏障（如血腦屏障，BBB），而且還表現(xiàn)出免疫耐受性，在體內(nèi)相對穩(wěn)定（無免疫排斥） 。同時，可以避免外源細(xì)胞的致瘤性（由于無細(xì)胞處理）。此外，它們可以通過納米醫(yī)學(xué)技術(shù)進(jìn)行修飾，以增強(qiáng)其治療效果，并促進(jìn)給藥途徑或治療的靶向。

總之，目前包括缺血性腦卒中在內(nèi)的難治性神經(jīng)系統(tǒng)疾病最有希望的治療方法是基于干細(xì)胞移植（圖3)。

NSCs-外泌體可以克服與干細(xì)胞療法相關(guān)的許多風(fēng)險和困難。外泌體含有細(xì)胞的活性成分，可自由穿過血腦屏障，介導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)，無免疫耐受，可載藥，可標(biāo)記靶向治療等。目前，NSCs-外泌體作為無干細(xì)胞分子可能是缺血性中風(fēng)干細(xì)胞治療最有希望的治療候選者。

神經(jīng)干細(xì)胞作為一種只存在于神經(jīng)系統(tǒng)的特殊干細(xì)胞，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的修復(fù)中發(fā)揮著非常重要的作用。神經(jīng)干細(xì)胞是一種天然種子資源，不僅可以補(bǔ)充壞死的神經(jīng)細(xì)胞或組織，還可以參與內(nèi)源性修復(fù)機(jī)制。此外，源自神經(jīng)干細(xì)胞的外泌體具有相似的功能特性，可能成為干細(xì)胞研究領(lǐng)域的一個新的研究課題。

因此，使用基于干細(xì)胞的無細(xì)胞治療，外泌體可以發(fā)展成為一種新的治療策略，它們可能在未來發(fā)揮更重要的作用。

參考資料：Zhang GL, Zhu ZH, Wang YZ. Neural stem cell transplantation therapy for brain ischemic stroke: Review and perspectives. World J Stem Cells. 2019 Oct 26;11(10):817-830. doi: 10.4252/wjsc.v11.i10.817. PMID: 31692854; PMCID: PMC6828598.

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