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)濟負擔的來源。據(jù)估計，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。

時間敏感且復(fù)雜的病理生理學使得研究SCI的治療靶標變得特別困難。在最初的機械損傷之后，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）。

干細胞療法在脊髓損傷中表現(xiàn)出神經(jīng)保護和神經(jīng)再生潛力，具有不同的目標和對刺激的反應(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制，來自不同組織來源的各種細胞，包括骨髓間充質(zhì)干細胞（BM-MSCs）、臍帶間充質(zhì)干細胞（U-MSCs）、脂肪來源的間充質(zhì)干細胞（AD-MSCs）、神經(jīng)干細胞(NSCs)、神經(jīng)祖細胞 (NPCs)、胚胎干細胞 (ESCs)、誘導(dǎo)多能干細胞 (iPSCs) 和細胞外囊泡 (EVs)。以往的綜述討論了脊髓損傷的細胞治療，但缺乏系統(tǒng)的闡述，如這些細胞的原始功能、修飾細胞的功能、聯(lián)合治療的效果等。（表1）。

細胞類型	效果
骨髓間充質(zhì)干細胞	分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子 促進軸突再生 降低星形膠質(zhì)細胞疤痕密度 減少炎癥反應(yīng) 減少BSCB滲漏 調(diào)節(jié)自噬 減輕神經(jīng)性疼痛 改善膀胱順應(yīng)性
間充質(zhì)干細胞	保護神經(jīng)元 抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕 減少反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞 減輕脊髓缺血損害 減輕異常性疼痛和痛覺過敏 改善肌肉緊張、膀胱功能和尿液控制 改善SSEP  減輕神經(jīng)性疼痛
AD間充質(zhì)干細胞	保護神經(jīng)元 促進細胞存活和組織修復(fù) 抑制免疫活性 分泌抗炎因子 激活血管生成 減少空腔形成 改善感覺和運動功能 改善勃起功能障礙
NSC和NPC	增加神經(jīng)保護性細胞因子 改善細胞增殖 增加髓鞘形成 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng) 促進呼吸恢復(fù)
胚胎干細胞	促進星形膠質(zhì)細胞增生 使軸突能夠通過CSPG 支持結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu) 減輕神經(jīng)性疼痛
iPS細胞	改善神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌 促進軸突萌芽 抑制脫髓鞘 促進突觸形成 抑制膠質(zhì)瘢痕 縮小病灶大小 改善呼吸功能
源自干細胞的EV	調(diào)節(jié)軸突再生 保護細胞免于凋亡 抑制星形膠質(zhì)細胞的活化 抑制炎癥 減少損傷大小 保護BSCB的完整性

干細胞移植治療脊髓損傷的策略

骨髓間充質(zhì)干細胞

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

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)細胞增生；減輕神經(jīng)性疼痛；并改善后肢運動的功能恢復(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)干細胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗

BM-MSC治療頸椎SCI患者的縱向研究擴展了自體BM-MSC并通過硬膜內(nèi)注射引入了這些細胞。移植后6個月，10名候選人中的6名觀察到上肢運動功能和磁共振成像 (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，單細胞類型的治療效果、歸巢能力、存活和增殖是有限的。進一步的研究應(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)干細胞保護神經(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)細胞，在動物實驗中改善運動功能，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)干細胞對神經(jīng)元的寬動態(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)干細胞在SCI后1周表現(xiàn)出比12小時和2周更好的效果，這表明治療SCI的潛在時間點。

臍帶間充質(zhì)干細胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗

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，改善了下肢的運動功能并擴張了萎縮的脊髓。U-MSC移植后，10例胸腰椎SCI患者中有7例在運動、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，因為臍帶通常被丟棄。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，這些細胞通過不同的機制有利于SCI的恢復(fù)。需要進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，從而改善后肢運動功能。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) 的表達來促進細胞存活和組織修復(fù)。除了直接作用外，人脂肪來源的干細胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元/運動神經(jīng)元樣細胞，從而減少空腔的形成并通過抑制星形膠質(zhì)細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)干細胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗

一項研究調(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感覺和運動評分以及電生理學評估（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)生嚴重不良事件。在臨床轉(zhuǎn)化之前應(yīng)闡明一些障礙，例如細胞生成的標準方案、細胞特征和潛在機制的明確披露，以及應(yīng)使用更接近人類的大型實驗動物。

神經(jīng)干細胞和神經(jīng)祖細胞

NSC和NPC是多能細胞，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)。這些細胞能夠分化成特定的神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細胞，增強髓鞘再生并提供營養(yǎng)支持，這使得它們適用于SCI中的細胞移植治療。NPC主要分化為少突膠質(zhì)細胞，增加髓鞘形成，并改善后肢功能。一項研究還表明，從腦室下區(qū)獲得的NPC移植可促進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，這有利于SCI恢復(fù)。NPC還通過抑制反應(yīng)性巨噬細胞和T細胞以及神經(jīng)保護性細胞因子的分泌來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。

胚胎干細胞

胚胎干細胞是多能干細胞，能夠在體內(nèi)分化成新的細胞類型。ESC分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞，以替代 SCI中的無功能細胞或組織。然而，由于致瘤性的風險，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年的一項臨床研究表明，人ESC衍生的少突膠質(zhì)細胞祖細胞移植對SCI患者是安全的。2016年的另外兩項研究表明，脊髓損傷患者在接受人類胚胎干細胞干預(yù)后身體功能得到恢復(fù)，并且沒有出現(xiàn)嚴重的并發(fā)癥。

誘導(dǎo)多能干細胞

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

一份病例報告表明，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)細胞，并且軸突在細胞移植后延伸很長的距離并形成突觸。

挑戰(zhàn)與展望

干細胞在 SCI 細胞治療中具有神經(jīng)再生和神經(jīng)保護作用。SCI中基于細胞的療法在功能恢復(fù)方面具有不同的機制，例如免疫調(diào)節(jié)、細胞替代營養(yǎng)和支架支持。然而，干細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，有限的細胞存活和有限的整合是以往研究中的常見障礙，實驗設(shè)計不同，包括細胞數(shù)量、治療時間和移植策略。

三是要保證干細胞的遺傳穩(wěn)定性、世代一致性和儲存安全。干細胞移植的質(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)進一步研究作用機制和生物學特性，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)注冊臨床試驗的共同問題，阻礙了干細胞療法的發(fā)展。由于損傷類型和程度的異質(zhì)性、治療的特定時間以及移植細胞的不同數(shù)量，標準方案很難確定。

結(jié)論

盡管細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胞類型和來源、細胞存活率、干細胞的質(zhì)量和可重復(fù)性以及最佳移植劑量和時機。實驗動物與人存在內(nèi)源性差異，臨床轉(zhuǎn)化前還需完成大量工作。每種類型的干細胞都有獨特的好處。以往的研究已經(jīng)著眼于如何增強干細胞的功效，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。