間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）是多能干細(xì)胞，其旁分泌和免疫調(diào)節(jié)潛力使其成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）再生的有希望的候選者。大量研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞可以促進(jìn)免疫調(diào)節(jié)、抗細(xì)胞凋亡和軸突重新延伸，從而恢復(fù)功能性神經(jīng)回路。因此，間充質(zhì)干細(xì)胞的治療效果已被評估用于各種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括脊髓損傷、腦缺血和神經(jīng)退行性疾病。

介紹：損傷和神經(jīng)退行性疾病通常會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元損失和中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 軸突損傷。成熟的哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元無法自發(fā)再生。人們付出了巨大的努力來認(rèn)識中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生衰竭的機(jī)制，但仍然缺乏完整的理解。廣泛的再生策略，特別是通過增加神經(jīng)元存活和軸突重新延伸，已取得了不同程度的成功。

間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）是研究最廣泛的多能干細(xì)胞之一，存在于多個(gè)器官中并且可以源自各種組織。它們分化為幾乎任何終末期譜系細(xì)胞的能力和強(qiáng)大的旁分泌作用使間充質(zhì)干細(xì)胞成為內(nèi)源性再生的有希望的候選者。此外，間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過全身和局部遞送途徑安全有效地移植。

大量研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞移植可以調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長和軸突重新延伸，并改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷或退化后的神經(jīng)系統(tǒng)功能。在這篇綜述中，我們討論了間充質(zhì)干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病作用及其潛在的相關(guān)機(jī)制[1]。

間充質(zhì)干細(xì)胞三大作用機(jī)制助力修復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)損傷

一、間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用

間充質(zhì)干細(xì)胞的抗炎作用主要是通過分泌各種酶和可溶性因子及其對T淋巴細(xì)胞的旁分泌作用來實(shí)現(xiàn)的，包括幼稚CD4+T細(xì)胞、Th1細(xì)胞、Th2細(xì)胞、Th17細(xì)胞、CD4+FoxP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞細(xì)胞 (Treg) 和CD8+T細(xì)胞。它們還具有多種抗炎作用，包括影響B(tài)細(xì)胞的趨化特性、抑制白細(xì)胞介素2 (IL-2) 誘導(dǎo)的自然殺傷 (NK) 細(xì)胞活化，下調(diào) NK激活受體，并影響骨髓細(xì)胞的功能，如單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞（圖1）。

MSC通過破壞免疫細(xì)胞的激活、增殖、成熟、細(xì)胞溶解活性、細(xì)胞因子產(chǎn)生或抗體產(chǎn)生來調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞。中樞神經(jīng)系統(tǒng)及其屏障充滿了先天性和適應(yīng)性免疫細(xì)胞，它們在疾病中與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞相互作用。免疫細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之間的相互作用已被證明在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的再生能力中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。間充質(zhì)干細(xì)胞對免疫細(xì)胞的作用可能參與免疫細(xì)胞與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用，進(jìn)而影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的再生。

大量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞可分泌多種可溶性分子，包括肝細(xì)胞生長因子（HGF）、轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGF-β1）、吲哚胺吡咯2,3-雙加氧酶（IDO）、前列腺素E2（PGE2）、白細(xì)胞介素等。(IL)-13、IL-10、IL-12p70、IL-17E和IL-27發(fā)揮抗炎潛力 。從BM、AT、牙髓、沃頓膠 (WJ) 和胎盤旁分泌抗炎因子（例如TGF-β）中分離的人MSC，可促進(jìn)神經(jīng)保護(hù)作用。促炎細(xì)胞因子、基質(zhì)剛性、葡萄糖水平和缺氧可以增加MSC產(chǎn)生的TGF-β。另一方面，TGF-β也已被證明通過MSC中的SMAD2/3磷酸化發(fā)出信號來調(diào)節(jié)MSC本身的生物學(xué)。通過分泌生物活性和營養(yǎng)因子的能力，間充質(zhì)干細(xì)胞對細(xì)胞再生和新組織生長產(chǎn)生顯著影響。

二、間充質(zhì)干細(xì)胞的抗凋亡作用

體外研究表明，BM-MSC可以調(diào)節(jié)肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS) 中神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞對細(xì)胞凋亡的反應(yīng) 。其他研究還表明，腦內(nèi)、靜脈內(nèi)或腦室內(nèi)MSCs移植可以改善內(nèi)源性神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。浸潤的炎癥相關(guān)免疫細(xì)胞釋放大量活性氧，導(dǎo)致受傷區(qū)域的程序性細(xì)胞死亡。MSCs可能抑制氧化應(yīng)激并增加腦中抗凋亡Bcl-2基因的表達(dá)。既往研究表明，miRNA包括miR-134、miR-138-5p、miR132-3p、miR-21-3p和miR-22-3p在這些MSC介導(dǎo)的腦中抗凋亡作用中發(fā)揮重要作用。

三、間充質(zhì)干細(xì)胞的軸突再延伸效應(yīng)

損傷后軸突再生被定義為軸突再生和隨后損傷區(qū)域的神經(jīng)支配，從而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能的恢復(fù)。軸突再延伸被定義為軸突長時(shí)間的再生，長距離進(jìn)行從頭生長以達(dá)到其目標(biāo)。人們普遍認(rèn)為，來自受損區(qū)域周圍外部環(huán)境的許多外在因素限制了軸突的重新延伸，例如硫酸軟骨素蛋白多糖（CSPG）、髓磷脂相關(guān)糖蛋白（MAG）、少突膠質(zhì)細(xì)胞髓鞘糖蛋白和Nogo-A。阻止這些抑制信號被認(rèn)為是促進(jìn)軸突重新延伸的一種有前途的方法。

間充質(zhì)干細(xì)胞已被證明可以幫助神經(jīng)突克服Nogo-A、MAG和CSPG的抑制作用。在MSC/神經(jīng)元共培養(yǎng)中，MSC相對于Nogo-A和 MAG 促進(jìn)脊髓神經(jīng)元粘附和神經(jīng)突延伸。除了抑制外在因素外，MSC還為HGF、表皮生長因子 (EGF)、神經(jīng)營養(yǎng)蛋白-3 (NT-3) 和GDNF重建功能性局部回路提供了有利的微環(huán)境。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷

脊髓損傷會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)組織立即喪失，隨后受傷脊髓節(jié)段以下的感覺和運(yùn)動(dòng)功能會(huì)出現(xiàn)永久性缺陷。SCI常見的有前景的實(shí)驗(yàn)療法包括神經(jīng)營養(yǎng)因子、針對抑制分子的酶和抗體、活化的巨噬細(xì)胞、橋接支架和干細(xì)胞移植。基于干細(xì)胞的再生醫(yī)學(xué)已成為治療SCI的一種新的有前景的治療方法。間充質(zhì)干細(xì)胞具有創(chuàng)造修復(fù)環(huán)境的潛力，這是探索間充質(zhì)干細(xì)胞用于神經(jīng)系統(tǒng)再生醫(yī)學(xué)的主要?jiǎng)訖C(jī)。

早在2021年，耶魯大學(xué)和日本札幌醫(yī)科大學(xué)的研究者在國際期刊《Clinical Neurology And Neurosurgery》共同發(fā)布了一項(xiàng)研究成果。在此項(xiàng)試驗(yàn)中科研人員利用干細(xì)胞修復(fù)脊髓損傷，旨在探究干細(xì)胞的可行性、安全性與有效性。

招募的13位脊髓損傷患者在接受自體間充質(zhì)干細(xì)胞治療后，有12名患者在6個(gè)月后神經(jīng)功能得到明顯改善，并且超過一般患者關(guān)鍵技能（如走路和用手）有了實(shí)質(zhì)性改善。該試驗(yàn)證明：間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷安全、有效。為脊髓損傷患者帶來了新希望。

間充質(zhì)干細(xì)胞干細(xì)胞治療腦缺血

缺血性中風(fēng)會(huì)引起廣泛的神經(jīng)炎癥反應(yīng)，這似乎是腦損傷擴(kuò)散的原因。然而，旨在使用細(xì)胞抑制劑或介質(zhì)減少缺血性中風(fēng)后免疫反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)療法尚未成功。在這種情況下，使用干細(xì)胞的新治療策略已成為一種有前途的工具。最常用的干細(xì)胞是MSC，因?yàn)樗鼈兙哂袕?qiáng)大的營養(yǎng)能力。間充質(zhì)干細(xì)胞潛在治療活性的可能機(jī)制包括神經(jīng)保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)以及中風(fēng)中神經(jīng)發(fā)生、突觸發(fā)生、星形細(xì)胞發(fā)生、少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生和血管發(fā)生的激活。目前的研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞發(fā)揮的有益作用主要與分化和免疫調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)。

2016年，國際期刊雜志《HHS Author Manuscripts》發(fā)表了一篇移植改良骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療中風(fēng)的臨床結(jié)果，加利福尼亞州斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院和斯坦福醫(yī)療保健中心神經(jīng)外科發(fā)現(xiàn)中風(fēng)患者的臨床結(jié)果（歐洲中風(fēng)量表、美國國立衛(wèi)生研究院中風(fēng)量表和Fugl-Meyer總分）有所改善。

與此同時(shí)，2019年，美國中風(fēng)雜志發(fā)表了一項(xiàng)靜脈注射同種異體間充質(zhì)干細(xì)胞治療慢性中風(fēng)的安全性和初步療效的I/II期研究結(jié)果，報(bào)道稱，在這項(xiàng)隨機(jī)、安慰劑對照研究中，慢性中風(fēng)患者靜脈輸注同種異體間充質(zhì)干細(xì)胞表明行為有所改善。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病

中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的患病率不斷上升，歸因于神經(jīng)退行性疾病，包括阿爾茨海默病 (AD)、帕金森病 (PD)、亨廷頓病 (HD)、肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS)、多發(fā)性硬化癥 (MS) 和多系統(tǒng)萎縮癥 (MSA) ）。此類疾病的一個(gè)共同特征是進(jìn)行性神經(jīng)元死亡，導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙。盡管近年來我們對神經(jīng)退行性疾病病理學(xué)的認(rèn)識有所提高，但尚未實(shí)現(xiàn)精確可靠的治療方法。目前常見的治療方法只是緩解癥狀，并不影響這些疾病的主要病理特征。間充質(zhì)干細(xì)胞在細(xì)胞治療方面具有巨大的潛力，因?yàn)樗鼈兛梢苑只癁樯窠?jīng)命運(yùn)并分泌多種因子，這些因子能夠促進(jìn)神經(jīng)保護(hù)或再生機(jī)制。此外，移植后，間充質(zhì)干細(xì)胞具有歸巢神經(jīng)損傷的能力，這意味著它們有可能用作治療藥物給藥的載體。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療阿爾茨海默?。?/strong>2018年3月初，根據(jù)日本再生醫(yī)學(xué)安全法案，日本福岡三一診所使用AstroStem治療AD的安全性和有效性獲得了日本九州認(rèn)證專業(yè)委員會(huì)的批準(zhǔn)，認(rèn)證結(jié)果同時(shí)遞交給了日本厚生勞動(dòng)省九州分局，并于2018年4月11日正式獲批。2018年4月12日起，該診所開始使用AstroStem治療AD，目前已經(jīng)開始對3例韓國AD患者進(jìn)行首次細(xì)胞治療，方案仍是這些患者在2h內(nèi)分別注射2億個(gè)細(xì)胞，未來他們將每2周接受1次治療，總共治療10次，目前試驗(yàn)尚在進(jìn)行之中。

異體間充質(zhì)干細(xì)胞治療老年阿爾茨海默病的臨床應(yīng)用也有報(bào)道。此前，美國Longeveron生物制藥公司，宣布自2016年10月至2020年9月招募33例50~80歲的AD患者參與Ⅰ期臨床試驗(yàn)，以評估其骨髓異體MSCs產(chǎn)品對老年AD患者治療的安全性和有效性，這項(xiàng)隨機(jī)、安慰劑對照和雙盲的臨床試驗(yàn)，將在佛羅里達(dá)州邁阿密大學(xué)米勒醫(yī)學(xué)院、邁阿密猶太衛(wèi)生系統(tǒng)和大腦研究所進(jìn)行。

Longeveron公司的異體MSCs產(chǎn)品來源于年輕健康供體的骨髓，對比從老年AD患者自體脂肪中提取的MSCs，年輕健康供者中獲得的高質(zhì)量的干細(xì)胞，很可能具有治療效果上的優(yōu)勢。根據(jù)劑量分為2組，一組接受2×107個(gè)細(xì)胞的外周靜脈注射，另一組接受1×108個(gè)細(xì)胞外周靜脈注射。該項(xiàng)目已在ClinicalTrail上注冊，目前還在進(jìn)行中。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療帕金森?。?/strong>2018年6月，中科院院士科研團(tuán)隊(duì)在猴模型中測試了臍帶來源間充質(zhì)干細(xì)胞治療帕金森病的安全性和有效性，展示了長達(dá)2年的評價(jià)數(shù)據(jù)，表明干細(xì)胞分化的神經(jīng)細(xì)胞相對安全，且有明顯效果。為我國首項(xiàng)基于干細(xì)胞的I/II期帕金森治療臨床研究提供了臨床前數(shù)據(jù)支持。

2020年，美國、西班牙科學(xué)家合作，研究人員將間充質(zhì)干細(xì)胞回輸?shù)絻擅两鹕』颊叩拿娌拷M織中，發(fā)現(xiàn)可以持續(xù)減少患者的運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)癥狀，降低藥物劑量，幫助兩位帕金森患者緩解了病情。該研究被發(fā)表在臨床神經(jīng)科學(xué)雜志《Journal of Clinical Neuroscience》上。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療漸凍癥：以色列研究團(tuán)隊(duì)開展自體骨髓MSC治療漸凍癥的臨床研究，19例患者接受MSC鞘內(nèi)注射，9名患者同時(shí)接受1次靜脈注射，前6個(gè)月的觀察中ALSFRS平均分?jǐn)?shù)保持穩(wěn)定，在MSC治療后Treg細(xì)胞的數(shù)量短期內(nèi)有所增加。

該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開展1和2期臨床研究，其中1/2期有12名患者和2a期有14名患者（20-75歲），經(jīng)過肌肉注射聯(lián)合鞘內(nèi)注射MSC，大部分患者自我感覺改善良好，根據(jù)肺活量（FVC）和ALSFRS-R評分，這些患者治療后6個(gè)月在疾病進(jìn)展惡化速率方面至少有25%的改善。

基于MSC的治療是一種安全可行的技術(shù)。由于臨床前和臨床研究已經(jīng)證明間充質(zhì)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病的有效性，許多研究開始關(guān)注增強(qiáng)療效的方法。

其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

盡管間充質(zhì)干細(xì)胞治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床應(yīng)用目前仍處于起步階段，但間充質(zhì)干細(xì)胞的研究在過去十年中迅速擴(kuò)大。除了神經(jīng)退行性疾病、腦缺血和脊髓損傷之外，大量動(dòng)物模型研究也證明了間充質(zhì)干細(xì)胞治療癲癇方面的作用。在癲癇大鼠模型中，BM-MSC可以通過抑制神經(jīng)元細(xì)胞死亡和異常苔蘚纖維發(fā)芽來減少癲癇發(fā)生。UCB-MSCs可能會(huì)增強(qiáng)GABA神經(jīng)遞質(zhì)水平并改善戊四唑誘導(dǎo)的大鼠慢性癲癇的氧化應(yīng)激損傷。

此外，在一期開放標(biāo)簽研究中，間充質(zhì)干細(xì)胞可以成為抗癲癇藥物耐藥性癲癇患者細(xì)胞治療的安全且有前途的候選者。為了提高M(jìn)SC在癲癇小鼠模型中的治療效果，已使用基因工程MSC，例如IL-13工程MSC，其顯示出增強(qiáng)的神經(jīng)保護(hù)和疾病緩解作用。

增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞治療效果的方法

盡管間充質(zhì)干細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生的有希望的候選者，但低治療效果限制了其臨床應(yīng)用。不同的培養(yǎng)條件可能會(huì)導(dǎo)致MSC的存活、歸巢和關(guān)鍵功能特征發(fā)生改變。

馬德里加爾等人發(fā)現(xiàn)低氧條件下的細(xì)胞培養(yǎng)通過增加HGF、TGF-b、VEGF、TSG-6的分泌對MSC的治療特性具有潛在影響，這對中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生很重要。

其他人證明促炎刺激和三維生長刺激MSC的營養(yǎng)因子分泌。顯然，培養(yǎng)條件將極大地影響間充質(zhì)干細(xì)胞的治療效果。除了培養(yǎng)基之外，開發(fā)的治療策略也可以增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞的治療效果，例如遞送途徑和時(shí)機(jī)。盡管對于間充質(zhì)干細(xì)胞的最佳輸送途徑尚未達(dá)成共識，但腦室內(nèi)移植可能是最有效的。

通過回顧之前的臨床前和臨床研究，Park等人發(fā)現(xiàn)，與靜脈內(nèi)和實(shí)質(zhì)內(nèi)途徑相比，間充質(zhì)干細(xì)胞的腦室內(nèi)移植可能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生的內(nèi)源性增強(qiáng)有關(guān)。腦室內(nèi)移植的間充質(zhì)干細(xì)胞以時(shí)間依賴性方式減輕腦損傷。在腦室內(nèi)出血大鼠模型誘導(dǎo)后2至7天給藥時(shí)，顯示出顯著的神經(jīng)保護(hù)作用。

結(jié)論

越來越多的證據(jù)表明間充質(zhì)干細(xì)胞可以成為促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生和功能恢復(fù)的潛在療法。間充質(zhì)干細(xì)胞的治療作用極其復(fù)雜。證明它們在神經(jīng)元存活、軸突重新延伸、突觸重新形成和髓鞘再生過程中與其他細(xì)胞的確切相互作用可能有助于研究人員優(yōu)化基于間充質(zhì)干細(xì)胞的療法的效果。間充質(zhì)干細(xì)胞的最佳條件培養(yǎng)、輸送途徑和時(shí)機(jī)可能是提高治療效果的有前途的策略。

總之，研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的間充質(zhì)干細(xì)胞可以深入了解中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生和修復(fù)的確切機(jī)制，有助于優(yōu)化基于細(xì)胞的治療。

參考資料：[1]:Li M, Chen H, Zhu M. Mesenchymal stem cells for regenerative medicine in central nervous system. Front Neurosci. 2022 Dec 13;16:1068114. doi: 10.3389/fnins.2022.1068114. PMID: 36583105; PMCID: PMC9793714.

免責(zé)說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業(yè)觀點(diǎn)，不構(gòu)成任何臨床診斷建議！杭吉干細(xì)胞所發(fā)布的信息不能替代醫(yī)生或藥劑師的專業(yè)建議。如有版權(quán)等疑問，請隨時(shí)聯(lián)系我。

標(biāo)簽: 干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病 · 間充質(zhì)干細(xì)胞