神經(jīng)干細胞和祖細胞（NSPC）移植已成為神經(jīng)系統(tǒng)損傷和疾病后替代丟失的神經(jīng)元群和修復(fù)受損神經(jīng)回路的一種有前途的治療策略。大量實驗研究了臨床前動物模型中神經(jīng)干細胞移植的生物學(xué)特性；最近，神經(jīng)干細胞移植已進入臨床試驗階段。然而，有關(guān)神經(jīng)干細胞移植生物學(xué)的一些基本問題還需要進一步研究。在這里，我們將重點討論供體細胞的區(qū)域特性對決定神經(jīng)干細胞移植后結(jié)果的重要性。我們討論了在創(chuàng)傷性腦損傷和帕金森病模型中的主要發(fā)現(xiàn)，重點是從這項工作中學(xué)到的概念如何可能應(yīng)用于脊髓損傷（SCI）后的移植。

由于神經(jīng)元大量丟失和神經(jīng)回路破壞，脊髓損傷通常會導(dǎo)致神經(jīng)功能立即和永久性缺陷。成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的再生能力有限，因此通過細胞和組織移植的方法替代丟失的神經(jīng)元一直是科學(xué)研究的熱點。

神經(jīng)祖細胞是一種有吸引力的移植細胞來源，原因有多種：它們分化成不同的神經(jīng)元細胞類型、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞；移植源性神經(jīng)元延伸至整個宿主神經(jīng)系統(tǒng)，并與宿主神經(jīng)元形成功能性突觸連接；移植物支持功能重要的宿主軸突投射的再生；這些現(xiàn)象共同支持新的神經(jīng)中繼形成。有證據(jù)表明，在脊髓損傷的臨床前模型中，神經(jīng)干細胞移植后前肢、后肢、感覺和膀胱功能略有改善；然而，仍有很大改進空間。

在過去二十年中，嚙齒類動物模型中越來越多的證據(jù)表明，NSPCs的基本特征，如性別（Pitonak等人，2022年）、表型特征（Zholudeva等人，2018年）和區(qū)域特征（Michelsen等人，2015年；Espuny-Camacho等人，2018年；Kumamaru等人，2018年），在決定移植到受傷或患病宿主神經(jīng)系統(tǒng)后的結(jié)果方面都能發(fā)揮關(guān)鍵作用（圖1）。

設(shè)計神經(jīng)干細胞移植療法時必須考慮的因素包括但不限于供體細胞的生物性別（左上）、供體細胞的區(qū)域特性（右上）和移植源神經(jīng)元的表型特性（下）用于腦和脊髓損傷以及神經(jīng)退行性疾病。

這些結(jié)果包括移植物存活和成熟、移植物衍生細胞表型、移植物軸突延伸、突觸連接、與宿主感覺和運動回路的功能整合以及神經(jīng)功能的恢復(fù)。例如，我們最近發(fā)現(xiàn)，雄性NSPCs移植到雌性宿主動物的頸背柱損傷SCI中會誘發(fā)免疫反應(yīng)，其特點是血管過度擴張和細胞毒性 T 細胞浸潤移植物（Pitonak 等人，2022 年）。在這篇 “視角 “文章中，我們將探討表型特征和區(qū)域特征的重要性，這兩個特征可通過調(diào)節(jié)來提高干細胞移植對神經(jīng)修復(fù)和再生的功效。通過關(guān)注受傷和患病大腦中的關(guān)鍵移植研究，我們將討論以往的神經(jīng)再生研究發(fā)現(xiàn)如何突出區(qū)域特性和細胞表型在決定宿主和移植物之間形成適當(dāng)神經(jīng)中繼以及促進移植物更好地融入宿主回路中的重要性。

腦部移植研究首次強調(diào)了區(qū)域特性對神經(jīng)干細胞移植療效的重要性（Michelsen等人，2015年；Espuny-Camacho等人，2018年；Kawata等人，2022年）。

Kawata等人（2022年）的研究表明，將小鼠胚胎干細胞衍生的下丘腦神經(jīng)元正位移植到視神經(jīng)上核，可使移植物軸突沿宿主大腦中的下丘腦束延伸，以及移植物軸突投射到垂體后區(qū)。然而，當(dāng)小鼠胚胎干細胞衍生神經(jīng)元異位移植到黑質(zhì)網(wǎng)狀部分時，在垂體后區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)軸突投射。這表明，在下丘腦或垂體疾病中，正位/區(qū)域身份匹配移植對于更好地再生和融入宿主大腦至關(guān)重要（Kawata等人，2022年）。

在Michelsen等人（2015年）的另一項研究中，小鼠胚胎干細胞衍生的視覺皮層特征神經(jīng)元移植到視覺皮層后，恢復(fù)了受損的通路，包括長程和互向軸突投射以及與受損皮層靶點的突觸連接。通過電生理記錄觀察，一部分移植神經(jīng)元還對視覺刺激做出了功能反應(yīng)。然而，在將相同的視覺皮層細胞移植物移植到運動皮層或?qū)⑦\動皮層細胞移植物移植到視覺皮層后，沒有觀察到適當(dāng)?shù)纳窠?jīng)中繼或整合，這表明移植神經(jīng)元和病變宿主神經(jīng)元之間的區(qū)域特性匹配是移植成功的必要條件（Michelsen 等人，2015 年）。

此外，同一研究小組還發(fā)現(xiàn)，將人多能干細胞衍生的視覺皮層細胞移植物移植到視覺皮層后，可建立軸突通路并將軸突延伸到特定的視覺皮層靶點，表達所有六個皮層的準確標記范圍，并被確定為在宿主大腦內(nèi)具有突觸活性；而移植到運動皮層的相同細胞移植物則未能整合（Espuny-Camacho等人，2018）?？傊?，這些研究結(jié)果表明，移植物與宿主組織的區(qū)域特性匹配可能是成功重建受損成人神經(jīng)回路的關(guān)鍵。

至于細胞表型的作用，Adler等人（2019年）研究了人類胚胎干細胞（hESC）衍生移植物移植到成年大鼠大腦后的目標適當(dāng)神經(jīng)支配和回路整合因素。作者的研究表明，細胞內(nèi)在因素決定了移植物軸突神經(jīng)支配的效率。他們發(fā)現(xiàn)，腹側(cè)中腦模式的hESC移植顯示出相似的軸突投射，并在正位或異位移植時支配多巴胺能神經(jīng)元的適當(dāng)靶點，即背外側(cè)紋狀體、伏隔核和腹外側(cè)前額葉皮層（Adler等人，2019年）。

最近的另一項研究表明，在帕金森病小鼠模型中，將hESC衍生神經(jīng)元移植到黑質(zhì)的同一位置后，中腦多巴胺能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元這兩種不同表型的神經(jīng)元會將軸突投射到不同的腦區(qū)（Xiong等人，2021年）。這些研究表明，移植神經(jīng)元的整合和神經(jīng)支配性質(zhì)受其細胞表型的顯著影響。綜上所述，上述發(fā)現(xiàn)強調(diào)了細胞表型和移植物位置匹配對于形成適當(dāng)和特異的神經(jīng)中繼和突觸整合的重要性，從而進一步提高功能結(jié)果。

少數(shù)研究也強調(diào)了脊髓損傷模型中細胞和區(qū)域特性對神經(jīng)移植的重要性

Dell’Anno等人（2018年）發(fā)現(xiàn)，脊髓的人類神經(jīng)上皮干細胞移植物而非新皮質(zhì)特性的人類神經(jīng)上皮干細胞移植物可以通過病變脊髓形成中繼，重新連接幸免于難的宿主神經(jīng)元，并與當(dāng)?shù)厮拗魃窠?jīng)元建立功能連接。與此相反，新皮質(zhì)特性移植物不能獲得成熟的神經(jīng)元表型，也不能整合和延伸神經(jīng)元。研究發(fā)現(xiàn)，只有在大腦皮層中，新皮質(zhì)細胞整合才會顯著增強，這清楚地表明，移植物與受體組織的解剖匹配對于功能性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要（Dell’Anno 等人，2018 年）。

Kadoya 及其同事在2016年進行的一項研究評估了神經(jīng)祖細胞移植物促進受損皮質(zhì)脊髓束再生的能力，皮質(zhì)脊髓束是負責(zé)人類自主運動的重要功能束。他們觀察到，神經(jīng)祖細胞需要具有尾部（脊髓）而非喙部（端腦）的命運，才能支持強有力的皮質(zhì)脊髓軸突再生、突觸形成，并在脊髓損傷后改善熟練的前肢功能。事實上，在這項研究中，皮質(zhì)脊髓軸突在很大程度上未能穿透端腦移植物。此外，據(jù)觀察，在與臨床相關(guān)的大鼠挫傷性SCI模型中，hESC衍生的NSPC需要具有尾側(cè)化的SC特性，以支持后肢運動功能的改善（Kumamaru 等人，2018年）。這些結(jié)果突出表明，損傷后需要同源（脊髓化）NSPCs進行神經(jīng)元替代，以實現(xiàn)皮質(zhì)脊髓在病變部位內(nèi)外的穩(wěn)健再生。

關(guān)于脊髓內(nèi)的特定區(qū)域特性，White及其同事首次證明，將大鼠胎兒脊髓背側(cè)或腹側(cè)組織移植到高位頸椎 SCI 損傷部位，能夠在解剖學(xué)和功能上與損傷的宿主膈神經(jīng)回路整合（White等人，2010年）。然而，膈神經(jīng)記錄顯示，背側(cè)與腹側(cè)移植物對膈神經(jīng)恢復(fù)和活動的影響不同，從而表明功能恢復(fù)和呼吸結(jié)果受所用供體細胞表型特征的影響（White等人，2010年）。

Dulin 等人（2018 年）后來證明，與腹側(cè)受限的移植物相比，如果脊髓NPC移植物是背側(cè)受限的，那么宿主皮質(zhì)脊髓和CGRP+軸突在損傷的成人脊髓中的再生能力就會增強。

最近的一項研究將區(qū)域特異性人類iPSC衍生的NPC用作小鼠胸腔挫傷SCI后的細胞治療方法。作者通過在神經(jīng)誘導(dǎo)過程中調(diào)節(jié) Wnt 和視黃酸信號來實現(xiàn)這一目的。他們發(fā)現(xiàn)，只有脊髓型細胞（而不是前腦型細胞）能增強脊髓損傷小鼠的運動恢復(fù)能力，尤其是輕度至中度損傷的小鼠（Kajikawa等人，2020年）。在這項研究中，他們發(fā)現(xiàn)在沒有聲刺猬（Shh）激活的情況下，SC型特征主要表現(xiàn)為背側(cè)特征，但之前的另外兩項研究曾報道，iPSC衍生的NPC具有脊髓腹側(cè)特征（而非脊髓背側(cè)特征），可改善脊髓損傷動物的運動功能（Kawabata等人，2016）。這些研究共同強調(diào)了移植的脊髓NPC不僅具有前/后特性，還具有背/腹特性，以及它們的表型對宿主軸突再生的影響。

越來越多的證據(jù)表明，同型組織特征和背腹脊柱特征將是開發(fā)臨床有效的人類細胞療法時需要考慮的重要因素，有鑒于此，未來的工作需要了解支持神經(jīng)功能恢復(fù)的細胞基質(zhì)。例如，如果小鼠模型中需要尾椎腹側(cè)移植物來促進運動功能的恢復(fù)，那么確定這些移植物中具有突觸和功能整合到運動回路能力的特定細胞類型，是設(shè)計修復(fù)運動回路的人類細胞移植物工程的下一步。這樣就能加快脊髓損傷后神經(jīng)干細胞移植的臨床轉(zhuǎn)化。

參考資料：Amar Kumar P, Dulin JN. Implications of regional identity for neural stem and progenitor cell transplantation in the injured or diseased nervous system. Neural Regeneration Research. 2024 Apr;19(4):715-716. DOI: 10.4103/1673-5374.382236. PMID: 37843199; PMCID: PMC10664136.

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