腦卒中是一種突發(fā)性腦血液循環(huán)障礙，發(fā)病迅速，發(fā)病率和死亡率都很高。由于世界人口老齡化，預計中風患病率和社會經(jīng)濟負擔將增加。

因此，腦卒中的預防和后遺癥的治療已成為亟待關注的關鍵科學問題。通常，中風可分為缺血性中風和出血性中風。缺血性中風是由血管阻塞導致流向大腦特定區(qū)域的血流減少。出血性中風是由腦部血管破裂引起的，導致腦部或蛛網(wǎng)膜下腔出血。本綜述涵蓋了間充質(zhì)干細胞治療腦卒中的作用機制。

為了治療中風，可以使用間充質(zhì)干細胞 (MSCs) 的移植，因為它們具有發(fā)揮治療作用的內(nèi)在能力。

間充質(zhì)干細胞是多能干細胞，具有很高的自我更新能力和多向分化潛能，在一定條件下能夠分化為脂肪細胞、軟骨細胞、成骨細胞、神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞（圖1）。

間充質(zhì)干細胞主要來源于脂肪組織（AT）、骨髓（BM）、臍帶血（UCB）和臍帶（UC）。間充質(zhì)干細胞具有分化為脂肪細胞、軟骨細胞、成骨細胞、神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的潛力。MSCs可以通過腦內(nèi)注射 (IC)、腦池內(nèi)/腦室內(nèi)注射 (ICV)、鼻內(nèi)遞送 (IN) 和血管內(nèi)遞送途徑遞送，例如靜脈內(nèi)注射 (IV) 或動脈內(nèi)輸注 (IA)。

間充質(zhì)干細胞治療腦卒中（中風）的作用機制

值得注意的是，在中風發(fā)作時給予的治療通常旨在減少損傷，而在中風后數(shù)天至數(shù)周開始的治療往往會促進修復。以下部分將根據(jù)最近的研究說明MSCs的機制和參與中風治療的主要蛋白質(zhì)。這包括通過免疫調(diào)節(jié)減輕炎癥、釋放營養(yǎng)因子以促進治療效果、誘導血管生成、促進神經(jīng)發(fā)生、減少梗死體積、替換受損細胞和分泌細胞外載體 (EV)，這些都發(fā)揮治療作用（表1）。

通過免疫調(diào)節(jié)減輕炎癥：中風后，小膠質(zhì)細胞從靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)，并采用吞噬表型分泌促炎細胞因子。當MSC被移植到動物模型中時，它們會產(chǎn)生炎癥介質(zhì)并影響細胞因子的表達。一方面，MSCs可以增加抗炎細胞因子的分泌，如白細胞介素4（IL-4）、白細胞介素10（IL-10）和腫瘤壞死因子β（TNF-β）。另一方面，間充質(zhì)干細胞可以降低促炎細胞因子的表達，包括白細胞介素-1（IL-1）、干擾素γ（IFN-γ）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）和膜輔因子蛋白-1 (MCP-1)。通過調(diào)節(jié)這些細胞因子，MSCs影響了涉及免疫細胞和免疫反應的幾種途徑，以減少炎癥。

釋放營養(yǎng)因子以促進治療效果：間充質(zhì)干細胞釋放或刺激釋放與中風治療機制相關的營養(yǎng)因子。這些營養(yǎng)因子不僅包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）和膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）等神經(jīng)營養(yǎng)因子，還包括神經(jīng)生長因子（NGF）、血管內(nèi)皮生長因子等生長因子（VEGF) 和血小板衍生生長因子 (PDGF)。

MSCs分泌的這些營養(yǎng)因子可以減少梗死體積，防止神經(jīng)元凋亡，增加神經(jīng)元增殖，誘導血管生成。移植后，間充質(zhì)干細胞從病灶外的血管系統(tǒng)遷移到梗死區(qū)域，通過分泌BDNF來減少梗死體積。MSCs和BDNF基因修飾的MSCs都可以減少梗死體積并改善神經(jīng)發(fā)生，但后者的效果更明顯，因為移植攜帶BDNF基因的MSCs在中風后的關鍵時期保持高水平的BDNF。

誘導血管生成：間充質(zhì)干細胞移植后，血管生成素的表達和缺血性腦組織的血管密度明顯增加。

為此，間充質(zhì)干細胞在腦卒中的治療中具有促血管生成作用，主要是通過促進生長因子分泌和結合趨化因子的機制。腦血管再生對中風患者至關重要，因此需要深入研究相關機制，以防止未來患者病情惡化和其他不良后果。

促進神經(jīng)發(fā)生：間充質(zhì)干細胞移植可以促進神經(jīng)發(fā)生的第一種方式涉及增強內(nèi)源性神經(jīng)細胞的增殖。簡而言之，缺血邊界區(qū) (IBZ) 的神經(jīng)可塑性和神經(jīng)增殖增強是BMSC治療可導致卒中后功能恢復的機制之一。MSC治療后，梗死區(qū)域周圍的BrdU (+) 細胞顯著增加，這可能表明更多的細胞增殖。

促進神經(jīng)發(fā)生是MSC治療的重要機制，通過修復受損部位使患者從中風中恢復。然而，由于神經(jīng)干細胞（NSCs）再生能力有限，生理環(huán)境復雜，其修復效果并不理想。因此，MSCs可以通過產(chǎn)生不同種類的營養(yǎng)因子和抗凋亡分子來促進NSCs向神經(jīng)元的分化。因此，未來的研究應側重于開發(fā)與NSC相關的MSC細胞療法，以促進神經(jīng)系統(tǒng)的恢復。

減少梗塞體積：MSCs減少的梗死體積與細胞來源、研究的物種和中風后MSC注射的時間有關。體內(nèi)實驗表明，ADSCs、BMSCs以及UC-MSCs可以減少大鼠的梗死體積。ADSC治療的小鼠比 BMSC治療的小鼠有更小的梗塞。

更換損壞的細胞：間充質(zhì)干細胞移植可能有助于腦組織再生，部分原因在于它們在適當條件下分化成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的潛力。MSC分化成神經(jīng)元需要兩個因素。首先是MSCs表達巢蛋白，巢蛋白是MSCs中相應外在信號的標記。第二種是間充質(zhì)干細胞和神經(jīng)元之間的直接細胞-細胞相互作用，允許整合外在信號。

幾十年來，研究表明，間充質(zhì)干細胞可以分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞。

通過細胞外泌體治療作用：間充質(zhì)干細胞的旁分泌機制，具有遺傳調(diào)控信息的EVs可以由MSCs分泌，成為無細胞治療的新策略。與神經(jīng)祖細胞的EVs相比，MSCs的EVs具有更好的治療效果。MSCs的EVs包括Exos和微粒 (MPs)。Exos具有毒性低、免疫原性低、可生物降解、能夠包封內(nèi)源性生物活性分子、能夠穿越血腦屏障等優(yōu)點。目前的研究主要集中在從BMSC、ADSC和有時UC-MSC中分離出的Exos和MPs的功能。

不良反應

許多臨床前研究全面調(diào)查了MSC治療的副作用。據(jù)報道，間充質(zhì)干細胞可以刺激腫瘤生長，盡管從未在人類中證明腫瘤形成的風險增加。實際上，自體骨髓間充質(zhì)干細胞的靜脈給藥并沒有導致任何明顯的不良事件，但有一些輕微的不良事件。最近的臨床試驗表明，MSC治療是安全的。

近年來，提高干細胞治療缺血性卒中療效的方法得到了廣泛的探索。在許多類型的干細胞中，亞致死低氧暴露顯著增加了細胞耐受性和再生特性。預處理的干細胞表現(xiàn)出更好的細胞存活率、增加的神經(jīng)元分化、增強的旁分泌效應、增加的營養(yǎng)支持和改善對病變部位的歸巢。

總結

綜上所述，本文總結了間充質(zhì)干細胞在中風治療中的作用機制，如通過免疫調(diào)節(jié)減輕炎癥、釋放營養(yǎng)因子促進治療效果、誘導血管生成、促進神經(jīng)發(fā)生、縮小梗死體積、替換受損細胞等。此外，本文還描述了與間充質(zhì)干細胞治療作用相關的蛋白質(zhì)和信號通路，提出了許多間充質(zhì)干細胞治療腦卒中的新思路，有望對未來的研究有所啟發(fā)和幫助。

參考資料：Zhang, Y.; Dong, N.; Hong, H.; Qi, J.; Zhang, S.; Wang, J. Mesenchymal Stem Cells: Therapeutic Mechanisms for Stroke. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 2550. https://doi.org/10.3390/ijms23052550