概述：脊髓損傷（SCI）是一種毀滅性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，會導致運動和感覺功能嚴重殘疾，導致患者生活質(zhì)量顯著惡化。由于SCI病理生理學的復雜性，目前尚無有效的治療方法來逆轉(zhuǎn)神經(jīng)組織損傷并恢復神經(jīng)功能。已經(jīng)開發(fā)出幾種針對SCI病理生理機制不同階段的新療法。其中，使用干細胞的治療對于受損神經(jīng)組織的再生具有巨大潛力。

在這篇綜述中，我們總結(jié)了最近針對神經(jīng)干細胞（NSC）的臨床前和臨床研究。NSC是具有神經(jīng)譜系特定分化能力的多能細胞。幾項臨床前研究已經(jīng)證明了SCI動物模型中移植的NSC通過旁分泌作用和直接神經(jīng)元分化的再生作用，恢復突觸連接和神經(jīng)網(wǎng)絡。

基于多項臨床前研究的積極結(jié)果，已經(jīng)開展了使用NSC的I期和II期臨床試驗。盡管NSCs在SCI患者的臨床應用中還存在一些需要解決的障礙和問題，但NSCs治療技術開發(fā)和療效的逐步進展增強了SCI細胞治療的前景。使用NSC的I期和II期臨床試驗已經(jīng)進行。

神經(jīng)干細胞的來源

NSC的建立有多種來源。其中，NSCs的常規(guī)來源是胎兒CNS。胎兒NSCs（fNSCs）具有自我更新潛力和神經(jīng)分化能力。NSC的治療潛力已在SCI模型中得到證實，有趣的是，人類NSC在注射到免疫缺陷小鼠體內(nèi)后顯示出神經(jīng)發(fā)生。NSC可以分化為神經(jīng)元，神經(jīng)元可以與周圍的神經(jīng)元連接。憑借多項臨床前研究的有希望的數(shù)據(jù)，大多數(shù)臨床試驗都使用源自人類胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)（包括大腦和脊髓）的NSC。然而，使用胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)不可避免的倫理問題對于商業(yè)開發(fā)至關重要，并且它們?yōu)槠渌毎麃碓刺峁┝藦姶蟮膭恿Α?/p>

一種候選者是成體NSC（aNSC），它可以從成體CNS中分離出來。成人嗅球是NSC的來源。嗅球核心是吻端遷移流的延伸，因此是神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)干細胞的潛在來源。

最近，技術發(fā)展導致從ESC或iPSC建立NSC。當ESC和iPSC被生長因子和細胞因子等多種誘導劑誘導分化為NSC時，這些NSC具有與fNSC相似的特性，可以誘導免疫缺陷小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)發(fā)生。在多項臨床前研究中，源自ESC或iPSC的NSC的治療潛力已在SCI動物模型中得到證實。迄今為止，使用ESC或 iPSC 治療SCI的人類臨床數(shù)據(jù)很少。目前只有2項臨床試驗（ESC 和 iPSC 各一項）正在進行中。與其他細胞來源相比，iPSC在倫理問題和免疫排斥方面具有很大優(yōu)勢。因此，隨著iPSC技術的進步，人們對iPSC產(chǎn)生的NSC 的興趣將不斷增加。

神經(jīng)干細胞移植用于脊髓損傷的臨床前研究

臨床前研究的設計應旨在解決臨床使用的干細胞產(chǎn)品的活性和安全性。必須在臨床前模型中研究有關干細胞在疾病適應癥中的潛在作用機制、針對疾病過程的干預時機以及輸送到作用部位的方式的信息。文獻中報道了許多在SCI動物模型中使用NSC的臨床前研究，并且NSC移植的治療潛力、安全性和幾個技術方面已經(jīng)在各種條件下進行了測試。

表1總結(jié)了使用NSC的實驗研究的特點。NSC治療已在SCI的各個階段進行了測試：急性、亞急性和慢性。小鼠和大鼠是最常用的動物。

盡管許多研究報告了NSC治療SCI的良好結(jié)果，但在實際臨床實踐中使用NSC仍有很長的路要走。要從實驗室走向臨床，第一步應該是確定動物模型和人類SCI之間的差異，并縮小模型固有局限性造成的差距。一般來說，沒有可靠的動物模型可以預測人類疾病。在這種情況下，使用最能代表預期適應癥關鍵特征的模型是最好的選擇。大多數(shù)人類SCI病例是由機械損傷引起的。因此，我們利用脊髓機械創(chuàng)傷開發(fā)了幾種SCI動物模型。然而，脊髓的再生潛力和物理尺寸因物種而異。

神經(jīng)干細胞移植臨床轉(zhuǎn)變策略

除了從臨床前研究到臨床轉(zhuǎn)變的一般考慮外，還需要闡明更多關于 NSC 的知識。尚未解答的關鍵問題如下：（1）最佳治療時機是什么？(2) 成功治療的最佳組合或補充措施是什么？(3) 最佳給藥途徑是什么？(4) 應該移植多少細胞？(5) 就功效、實用性和安全性而言，應使用哪種細胞來源？

神經(jīng)干細胞治療的最佳時機

由于神經(jīng)膠質(zhì)疤痕是損傷部位軸突生長和重新融入神經(jīng)回路的主要障礙之一，因此SCI急性期的細胞移植可能比SCI慢性期的治療更有益。程等人在T10挫傷大鼠模型中測試了3種不同的人NSC注射時間（急性、亞急性和慢性）。亞急性組比慢性組表現(xiàn)出更顯著的功能改善，這支持了SCI早期治療的想法。此外，多項研究表明NSC通過抑制神經(jīng)炎癥發(fā)揮有益作用。這些發(fā)現(xiàn)意味著NSC移植可能有益于SCI的急性至亞急性期，即炎癥過程最活躍的時期。

成功治療NSC的綜合或補充措施

由于SCI是一個復雜的過程，具有隨時間變化的多相細胞和分子反應，因此在不同損傷時間窗和情況的患者中測試各種策略非常重要，同時努力尋找治療SCI患者的最佳時間窗。很明顯，單一的治療方式對于SCI的治療是無效的。已經(jīng)研究了幾種增強移植細胞存活、遷移、分化和軸突再生以及功能恢復的組合治療。通過將基因植入NSC中，與神經(jīng)營養(yǎng)因子（例如 EGF、bFGF、血小板源性生長因子和神經(jīng)營養(yǎng)蛋白-3）進行協(xié)同治療。

神經(jīng)干細胞最有前途的組合治療方法之一是使用組織工程支架。支架的使用可以充當填補病變間隙并幫助重新連接和恢復神經(jīng)網(wǎng)絡的橋梁。

給藥途徑

國家安全委員會的管理路線問題也是一個需要解決的復雜問題。三種注射途徑可用于SCI治療，并且已經(jīng)過測試：鞘內(nèi)注射、脊柱內(nèi)注射和靜脈內(nèi)注射。

如表1所示，大多數(shù)使用NSC的臨床前研究均采用椎管內(nèi)途徑進行細胞移植。雨森等人比較了急性挫傷性 SCI模型中的鞘內(nèi)和椎管內(nèi)給藥途徑。這兩種方法都有利于功能性運動恢復。然而，椎管內(nèi)注射組病變處的細胞移植物存活率更好，他們得出結(jié)論，椎管內(nèi)移植對長期脊髓組織再生更有幫助。

盡管如此，也有支持鞘內(nèi)注射作為給藥途徑的證據(jù)。程等人將人NSC局部和遠端移植到SCI挫傷大鼠模型中，遠端注射組觀察到顯著的功能恢復。大多數(shù)研究人員一致認為，這些有益作用主要來自神經(jīng)干細胞的旁分泌作用。

盡管這些給藥途徑在直接神經(jīng)元分化和組織再生方面明顯不利，但鞘內(nèi)或靜脈內(nèi)途徑是比椎管內(nèi)注射更具微創(chuàng)性的方法，并且在現(xiàn)實臨床環(huán)境中更容易進行，特別是對于治療患者SCI急性期。綜上所述，神經(jīng)干細胞移植最有效的給藥途徑似乎是椎管內(nèi)注射。更多研究標準化椎管內(nèi)注射程序并驗證其功效。

移植所需的細胞數(shù)量

需要移植多少細胞才能獲得陽性結(jié)果是另一個懸而未決的問題。臨床前研究通常為確定人類起始劑量提供基礎。干細胞的劑量取決于其穩(wěn)定性，因為在給藥前應維持干細胞的有效數(shù)量。文獻中提出的臨床前研究中移植細胞的數(shù)量范圍為每公斤動物體重1×10⁵至4×10⁷個細胞。

參考表1，大多數(shù)臨床前研究NSC已使用大約5×10⁵至1×10⁶個細胞進行椎管內(nèi)細胞移植。尤瑟菲法德等人表明較高的細胞劑量（>3×10⁶個細胞/kg）是移植的最佳選擇。然而，少數(shù)研究表明，移植的干細胞存活數(shù)量存在一定閾值，移植細胞數(shù)量與功能恢復之間不存在相關性。需要進一步的研究來確定移植細胞數(shù)量的最佳范圍，不僅在動物模型中，而且在人類中。

神經(jīng)干細胞的細胞來源問題

最后，用于獲取NSC的細胞來源也是SCI干細胞治療的一個重要問題。已經(jīng)測試了各種細胞來源。移植物存活、神經(jīng)元分化和功能恢復已在大多數(shù)臨床前研究中得到證實，其中來自胎兒大腦和脊髓的同種異體 NSC 以及人類NSC被移植到小鼠和大鼠模型中。到目前為止，似乎沒有特定的NSC生產(chǎn)線比其他生產(chǎn)線表現(xiàn)出顯著的比較優(yōu)勢。這意味著應進一步探索來自不同細胞來源和譜系的所有NSC的功效和安全性。致瘤性和免疫排斥是關于細胞來源的兩個最重要的問題。

在致瘤性方面，需要考慮許多實驗設計參數(shù)，包括動物模型的選擇、研究持續(xù)時間、給藥途徑、測試的細胞數(shù)量、陽性對照選擇以及陽性結(jié)果的定義。所選動物模型應允許干細胞產(chǎn)品充分存活，以便能夠評估潛在的致瘤性。因此，免疫功能低下的嚙齒動物經(jīng)常用于此目的。同樣，研究持續(xù)時間應足以允許檢測潛在的腫瘤。監(jiān)管機構(gòu)已要求進行持續(xù)9-12個月的致瘤性研究。迄今為止，關于SCI動物模型中NSC治療形成腫瘤的報道很少。

因此應該徹底研究有關免疫排斥的問題。免疫排斥問題使iPSC成為人們關注的焦點。憑借避免倫理問題的優(yōu)勢，自體iPSC已成為人類NSC最具吸引力的細胞來源之一。然而，需要大量研究來確保iPSC在SCI治療中的有效性、可行性和安全性。

使用神經(jīng)干細胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗

與相對豐富的SCI動物模型中NSCs移植的臨床前研究相對豐富，文獻中發(fā)表的NSCs治療SCI患者的臨床試驗卻很少（表2）。令人鼓舞的是，一些研究報告了其手術安全性以及SCI患者NSC移植后功能恢復的部分成功。但由于入組患者數(shù)量較少，且大多數(shù)試驗僅納入SCI的亞急性期（受傷后1周至6個月內(nèi)）和慢性期（受傷后6個月以上）患者，因此，很難斷定NSC的治療效果，特別是在急性期SCI中。

結(jié)論

NSC是自我更新的多能干細胞，可以分化為神經(jīng)譜系細胞。在過去的二十年里，許多臨床前研究已經(jīng)在多種SCI動物模型中測試了NSC的有效性和安全性。多項研究觀察到成功的神經(jīng)元分化、替代受損的神經(jīng)組織和功能改善。此外，神經(jīng)干細胞分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，幫助保護或再生受傷的脊髓。

在臨床前水平上，NSCs移植已被證明是治療SCI的一種有前途的治療方法。然而，一些NSCs的臨床試驗并沒有顯示出預期的足夠療效。這些結(jié)果表明需要進一步評估，并且應進一步探索 NSC 移植改善 SCI 后預后的確切機制。

展望未來，應通過未來的研究獲取和驗證進一步的數(shù)據(jù)，例如神經(jīng)元再生和功能恢復方面的治療益處、劑量和給藥周期的調(diào)整、最佳注射途徑、安全性以及最有希望獲得NSC的細胞來源。此外，臨床前動物模型與人類SCI的匹配是另一個需要克服的主要障礙。

最后，還需要強調(diào)的是，單一治療方式可能不足以治療SCI。除了細胞移植外，可能還需要神經(jīng)營養(yǎng)和生長因子、支架的使用和神經(jīng)康復等聯(lián)合療法。它們的最佳組合和功效也應該在未來的研究中得到驗證。盡管存在這些不確定性，許多臨床前研究和臨床試驗報告了神經(jīng)干細胞治療脊髓損傷的可喜結(jié)果。我們相信，NSC有潛力在不久的將來在SCI治療方面取得重大突破。

參考資料：Advances in Neural Stem Cell Therapy for Spinal Cord Injury: Safety, Efficacy, and Future Perspectives

Neurospine. 2022;19(4):946-960.   Published online November 10, 2022
DOI: https://doi.org/10.14245/ns.2244658.329

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