創(chuàng)傷性脊髓損傷（SCI）會導(dǎo)致神經(jīng)組織直接和間接損傷，導(dǎo)致運動和感覺功能障礙、肌張力障礙和病理反射，最終導(dǎo)致截癱或四肢癱瘓。細(xì)胞損失、軸突再生失敗和時間敏感的病理生理學(xué)使組織修復(fù)變得困難。盡管醫(yī)學(xué)取得了各種進(jìn)展，但目前還沒有有效的再生治療方法。干細(xì)胞療法因其多靶點和反應(yīng)性優(yōu)勢而成為一種很有前途的SCI治療方法。

本綜述重點關(guān)注干細(xì)胞治療脊髓損傷，包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)祖細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞和細(xì)胞外囊泡。每種細(xì)胞類型都針對SCI病理學(xué)的某些特征，并通過細(xì)胞替代、營養(yǎng)支持、支架和免疫調(diào)節(jié)機制顯示出治療效果。然而，許多臨床前研究和越來越多的臨床試驗發(fā)現(xiàn)，單細(xì)胞治療對SCI的益處有限。SCI損傷是多方面的，越來越多的人認(rèn)為需要綜合治療。

介紹

脊髓損傷 (SCI) 是一種毀滅性損傷，給患者和醫(yī)療保健系統(tǒng)帶來廣泛的心理和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。據(jù)估計，僅在美國就有超過100萬人受SCI影響，每年約有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。盡管臨床管理方面取得了一些進(jìn)展，改善了患者的生活質(zhì)量，但SCI的恢復(fù)非常有限，尋找癱瘓的替代療法仍然是首要任務(wù)。

時間敏感且復(fù)雜的病理生理學(xué)使得研究SCI的治療靶點變得特別困難。在最初的機械損傷之后，會出現(xiàn)一系列繼發(fā)事件，使患者的病情惡化。炎癥反應(yīng)、神經(jīng)膠質(zhì)增生、抑制環(huán)境的形成和疤痕形成阻礙軸突再生并限制許多治療干預(yù)的潛力（圖1）。

急性期神經(jīng)元凋亡和軸突損傷大量發(fā)生。在亞急性階段，神經(jīng)元、軸突和髓磷脂大量損失?；罨男切文z質(zhì)細(xì)胞、活化的小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在損傷部位積聚。慢性階段，膠質(zhì)疤痕和損傷空腔進(jìn)一步發(fā)展，形成抑制性微環(huán)境。

細(xì)胞療法在SCI中表現(xiàn)出神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)再生潛力，具有不同的靶點和對刺激的反應(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。通過這些過度的潛在機制，來自不同組織來源的各種細(xì)胞，包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BM-MSCs）、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（U-MSCs）、脂肪源性間充質(zhì)干細(xì)胞（AD-MSCs）、神經(jīng)干細(xì)胞研究人員對神經(jīng)祖細(xì)胞 (NSC)、神經(jīng)祖細(xì)胞 (NPC)、胚胎干細(xì)胞 (ESC)、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC) 和細(xì)胞外囊泡 (EV) 進(jìn)行了研究。以往的綜述討論了SCI的細(xì)胞治療，但缺乏系統(tǒng)的闡明，例如這些細(xì)胞的原始功能、修飾細(xì)胞的功能以及聯(lián)合治療的效果。(表格1）。

表格1。

不同干細(xì)胞對脊髓損傷的影響。

細(xì)胞類型	效果
骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞	分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子 促進(jìn)軸突再生 減少星形膠質(zhì)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 提高膀胱順應(yīng)性
U-MSCs	保護(hù)神經(jīng)元 抑制神經(jīng)膠質(zhì)疤痕 減少反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞 減輕脊髓缺血性損害 減輕異常性疼痛和痛覺過敏 改善肌肉張力、膀胱功能和尿液控制 改善SSEP 減輕神經(jīng)性疼痛
AD-MSCs	保護(hù)神經(jīng)元 促進(jìn)細(xì)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 減少蛀牙形成 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(hù)細(xì)胞因子 改善細(xì)胞增殖 增加髓鞘形成 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng) 促進(jìn)呼吸恢復(fù)
ESC	促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生 使軸突能夠通過CSPG 支持節(jié)點結(jié)構(gòu) 減輕神經(jīng)性疼痛
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞	改善神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌 促進(jìn)軸突出芽 抑制脫髓鞘 促進(jìn)突觸形成 抑制神經(jīng)膠質(zhì)疤痕 縮小病變大小 改善呼吸功能
干細(xì)胞衍生的EV	調(diào)節(jié)軸突再生 保護(hù)細(xì)胞免于凋亡 抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化 抑制炎癥 減少損傷范圍 保護(hù)BSCB的完整性

干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的策略

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

BM-MSC是存在于成人骨髓中的部分分化的祖細(xì)胞，支持持續(xù)的造血和骨再生。這些細(xì)胞最初被認(rèn)為是多能的，具有分化成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的能力。然而，其他研究表明，BM-MSC療法主要涉及細(xì)胞融合和轉(zhuǎn)分化，而不是細(xì)胞分化。早期體內(nèi)研究表明，將BM-MSC引入脊髓挫傷大鼠的病變部位會導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)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)、星形膠質(zhì)細(xì)胞疤痕密度，以及血脊髓屏障 (BSCB) 滲漏；調(diào)節(jié)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生；減輕神經(jīng)性疼痛；并改善了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MSC的條件培養(yǎng)基對SCI具有治療作用，并可能調(diào)節(jié)自噬和生存相關(guān)蛋白Olig2和HSP70。

一項基于BM-MSC治療頸椎SCI患者的縱向研究擴(kuò)增了自體BM-MSC，并通過硬膜內(nèi)注射引入這些細(xì)胞。移植后6個月，10名候選人中有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名完全性SCI患者接受自體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)性和軸突再生有所改善。

同樣，一名慢性SCI患者接受MSC治療，神經(jīng)功能和行走能力均得到改善。然而，一項III期臨床試驗表明，單次MSC應(yīng)用是安全的，但治療效果甚微。這一結(jié)果可能與 MSC 移植的時機有關(guān)，因為慢性SCI中干細(xì)胞的歸巢能力并不明顯。由于關(guān)于患者對 BM-MSC 療法的反應(yīng)程度的報道存在爭議，因此必須進(jìn)一步證實BM-MSC的療效。多項試驗正在進(jìn)行中，這些研究的完成將為啟動對BM-MSC療法的功效進(jìn)行更大規(guī)模的研究提供所需的信息。

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滲漏而有利于SCI的恢復(fù)。患者通過接受自體細(xì)胞移植來避免免疫反應(yīng)。因此，BM-MSCs 由于其免疫原性降低和可用性提高而在SCI治療中具有巨大潛力。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞

最近的研究調(diào)查了從臍帶和脂肪組織中分離的間充質(zhì)干細(xì)胞。U-MSC 具有發(fā)育成表達(dá)神經(jīng)標(biāo)記物并形成神經(jīng)表型特征的同質(zhì)群體的能力。早期研究發(fā)現(xiàn)移植后U-MSCs遷移到損傷部位而不是非損傷區(qū)域，這為其治療效果奠定了基礎(chǔ)。

先前的研究表明，U-MSC可以保護(hù)神經(jīng)元免于凋亡，通過調(diào)節(jié)MMP2抑制神經(jīng)膠質(zhì)疤痕的形成，減輕脊髓缺血性損害，減少反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，改善運動功能，減輕動物實驗中SCI后的異常性疼痛和痛覺過敏。U-MSC對各種動態(tài)范圍的神經(jīng)元表現(xiàn)出比BM-MSC更好的效果。Park及其同事發(fā)現(xiàn)，移植的U-MSC在SCI后1周表現(xiàn)出比12小時和2周更好的效果，這表明了治療SCI的潛在時間點。

U-MSCs注射到壓縮性骨折患者脊髓的蛛網(wǎng)膜下腔、硬膜內(nèi)或硬膜外間隙后，可改善下肢的運動功能并擴(kuò)張萎縮的脊髓。U-MSC移植后，10名胸腰段SCI患者中有7名的運動、肌張力、膀胱功能和尿液控制與單獨接受康復(fù)治療的患者相比有明顯改善。完全性頸椎SCI患者2年體感誘發(fā)電位（SSEP）和神經(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反映了有髓大纖維的生理功能。由于臍帶通常被丟棄，因此U-MSC很容易獲得。U-MSCs從臍血、血管周圍區(qū)域和臍靜脈內(nèi)皮下獲得，沒有倫理問題，這些細(xì)胞通過不同的機制有利于SCI的恢復(fù)。需要進(jìn)一步努力來全面評估UC-MSC移植的有效性。

脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞

AD-MSC和BM-MSCS有一些相似之處，例如形態(tài)和細(xì)胞表面抗原表達(dá)，但它們在增殖速率和多譜系能力方面有所不同。脂肪組織比骨髓含有更多的成體干細(xì)胞，這使得AD-MSC成為MSC的良好候選者，特別是考慮到脂肪組織的可用性。

AD-MSC移植在慢性和急性SCI中顯示出令人滿意的效果。靜脈注射AD-MSC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(dá)來促進(jìn)細(xì)胞存活和組織修復(fù)。AD-MSC可以保護(hù)SCI大鼠的神經(jīng)元并改善勃起功能障礙。

一項研究調(diào)查了14名接受鞘內(nèi)移植的SCI患者自體AD-MSC移植的效果。ASIA感覺和運動評分以及電生理學(xué)評估（包括 MRI 和肌電圖）用于確定效果。干預(yù)后，10名患者出現(xiàn)感覺改善，但MRI顯示的病變大小保持穩(wěn)定。使用AD-MSC治療的患者均未出現(xiàn)嚴(yán)重不良事件。

神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）和神經(jīng)祖細(xì)胞（NPC）

NSC和NPC是從腦室和海馬的室下區(qū)域以及脊髓中央管的室管膜區(qū)域中分離出來的多能細(xì)胞。這些細(xì)胞能夠分化為特定的神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，增強髓鞘再生并提供營養(yǎng)支持，這使得它們適合用于SCI的細(xì)胞移植治療。

NPC主要分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞，增加髓鞘形成，并改善后肢功能。一項研究還表明，移植從腦室下區(qū)獲得的NPC可促進(jìn)SCI后的呼吸恢復(fù)，而分化則不起作用。鼻咽癌移植增加了NGF、CNTF、BDNF、IGF-1和GDNF的表達(dá)，有利于SCI恢復(fù)。NPC還通過抑制反應(yīng)性巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞以及神經(jīng)保護(hù)性細(xì)胞因子的分泌來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。先前的研究表明，急性期NPCs移植的療效優(yōu)于亞急性期和慢性期，并且完整軟組織移植可能比亞急性期損傷部位移植產(chǎn)生更好的療效。

2018年的一項研究表明，病灶周圍髓內(nèi)注射NSC是安全的，但劑量應(yīng)進(jìn)行驗證。12名肌萎縮側(cè)索硬化癥患者接受了人脊髓來源的 NPC 移植，結(jié)果表明NPC移植是安全的，從而啟動了進(jìn)一步的臨床試驗。NPCs顯示出治療 SCI 的巨大潛力，但功能恢復(fù)有限。典型的組合方法為提高NPC的功效帶來了很大希望。然而，以往的研究普遍以嚙齒類動物為受試者，應(yīng)將一些與人類較接近的特定大型動物作為實驗對象，以解決問題并走向臨床轉(zhuǎn)化。

胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞是多能干細(xì)胞，能夠在體內(nèi)分化成新的細(xì)胞類型。ESC分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，以取代SCI中的無功能細(xì)胞或組織。然而，由于致瘤性的風(fēng)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轉(zhuǎn)染了細(xì)胞粘附分子L1，可促進(jìn)神經(jīng)元存活和神經(jīng)突萌芽，在SCI治療方面具有廣闊的前景。

2014年的一項臨床研究表明，人ESC來源的少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞移植對于SCI患者是安全的。2016年的另外兩項研究表明，SCI患者在接受人類ESCs干預(yù)后，身體功能得到了恢復(fù)，并且沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥。然而，由于ESCs具有相當(dāng)大的增殖能力，其多能性可能導(dǎo)致腫瘤形成。在細(xì)胞培養(yǎng)過程期間可能存在遺傳變化。因此，優(yōu)化分化方案以減少腫瘤發(fā)生并控制細(xì)胞群以滿足SCI患者不同的恢復(fù)要求至關(guān)重要。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞

由于ESC的起源，關(guān)于ESC存在很大爭議。iPSC與ESC具有相同的多能特性，可能會解決這個問題。iPSC 由重編程的體細(xì)胞產(chǎn)生，與可觸及的組織（例如自體皮膚）分離，這避免了倫理問題，允許自體細(xì)胞移植，并防止排斥。

源自人類iPSC克隆的NP可修復(fù)損傷部位。IPSC衍生的神經(jīng)干/祖細(xì)胞 (iPSC-NS/PC) 抑制脫髓鞘并促進(jìn)突觸形成和神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌，從而改善普通狨猴SCI后的功能恢復(fù)，且不形成腫瘤。

一份病例報告表明，來自健康86歲男性的iPSC衍生的NSC分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，細(xì)胞移植后軸突延伸很長的距離并形成突觸。另一項研究表明 iCaspase9 基因減輕了 iPSC 衍生移植后的不良事件。另一項研究表明，用 RGD 肽和血小板衍生生長因子 (PDGF-A) 修飾的水凝膠可促進(jìn)細(xì)胞存活和分化，并減少畸胎瘤形成。

其他組合方法

神經(jīng)保護(hù)

神經(jīng)保護(hù)藥物旨在最大限度地減少病理損傷并保護(hù)神經(jīng)組織。只有甲基潑尼松龍已被臨床證明可以在SCI 后提供益處，但它也帶來一些風(fēng)險，包括胃腸道出血、傷口感染和血栓栓塞。然而，越來越有前景的神經(jīng)保護(hù)干預(yù)措施正在研究中（例如軟骨素酶、藻酸鹽支架、TNF-α拮抗劑、抗Nogo抗體、米諾環(huán)素和薰衣草提取物）。這些干預(yù)措施可在細(xì)胞移植之前或期間使用，以創(chuàng)造提高干細(xì)胞功效的微環(huán)境。低溫治療與細(xì)胞療法相結(jié)合已成功用于神經(jīng)保護(hù)。低溫可降低基礎(chǔ)代謝率并減少炎癥，從而在 SCI 中發(fā)揮協(xié)同作用。米諾環(huán)素可協(xié)同提高M(jìn)SC的抗炎作用。盡管初步結(jié)果令人鼓舞，但仍需要開展更多工作來優(yōu)化聯(lián)合治療的療效。

生物材料

盡管干細(xì)胞療法在SCI治療領(lǐng)域取得了巨大的發(fā)展勢頭，但仍有改進(jìn)的空間。生物材料的使用是一種令人鼓舞的細(xì)胞治療方法，它可以橋接病變腔、替換受損的細(xì)胞外基質(zhì)以及整合宿主組織和移植細(xì)胞?；|(zhì)膠主要由層粘連蛋白、IV型膠原蛋白、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖和支持細(xì)胞存活和分化的生長因子組成；增加神經(jīng)元標(biāo)記物；減少纖維化、星形膠質(zhì)細(xì)胞增生標(biāo)記物和炎癥因子;?并增強SCI動物的行為恢復(fù)。

許多種類的生物材料支架已被用于將間充質(zhì)干細(xì)胞遞送至受損的脊髓。與NPC不同，MSC可能提供營養(yǎng)支持，促進(jìn)軸突再生和血管生成，并減少炎癥。改良的可生物降解的幾丁質(zhì)導(dǎo)管與BM-MSC移植相結(jié)合，改善了MSC的微環(huán)境，防止疤痕形成，并促進(jìn)右脊髓半切損傷后的恢復(fù)。

總的來說，使用生物材料是 SCI 細(xì)胞治療的一種有前途的組合方法，它可以改善細(xì)胞植入、傳遞某些因子、促進(jìn)神經(jīng)標(biāo)志物表達(dá)和軸突再生、抑制炎癥反應(yīng)以及接觸受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 組織。

挑戰(zhàn)與前景

干細(xì)胞在SCI細(xì)胞治療中具有神經(jīng)再生和神經(jīng)保護(hù)作用。SCI中的細(xì)胞療法在功能恢復(fù)方面具有不同的機制，例如免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞替代營養(yǎng)和支架支持。然而，干細(xì)胞療法存在特殊的安全問題。

首先，臨床前研究中經(jīng)常討論細(xì)胞治療相關(guān)的免疫毒性、免疫原性和致瘤性。

其次，有限的細(xì)胞存活和有限的整合是先前研究中不同實驗設(shè)計的常見障礙，包括細(xì)胞數(shù)量、治療時機和移植策略。

第三，確保干細(xì)胞的遺傳穩(wěn)定性、世代一致性和儲存安全性。干細(xì)胞移植的質(zhì)量和可重復(fù)性對于臨床轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。細(xì)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(jìn)一步研究其作用機制和生物學(xué)特性，以指導(dǎo)臨床應(yīng)用。最后，樣本量小、監(jiān)管有限、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(xì)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(xì)胞數(shù)量的不同，標(biāo)準(zhǔn)方案很難確定。

令人鼓舞的臨床前研究，加上宣傳，導(dǎo)致了早期的臨床部署，但結(jié)果好壞參半。一種特定類型的干細(xì)胞只能實現(xiàn)有限的治療效果。因此，許多研究人員致力于增強干細(xì)胞的功效?；蚬こ碳夹g(shù)、細(xì)胞偶聯(lián)、神經(jīng)保護(hù)劑、營養(yǎng)因子、生物材料和康復(fù)的聯(lián)合治療可能有助于提高干細(xì)胞在異質(zhì)患者群體中的治療效果。需要進(jìn)行研究來優(yōu)化它們的使用。

結(jié)論

盡管干細(xì)胞療法為脊髓損傷的治療提供了重要前景，但臨床轉(zhuǎn)化仍存在許多障礙。這些障礙包括合適的細(xì)胞類型和來源、細(xì)胞存活、干細(xì)胞的質(zhì)量和可重復(fù)性以及最佳移植劑量和時機。實驗動物與人類存在內(nèi)源性差異，臨床轉(zhuǎn)化前還需要完成大量工作。每種類型的干細(xì)胞都有獨特的好處。

以往的研究已經(jīng)集中在如何增強干細(xì)胞治療脊髓損傷的功效上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問題。

參考資料：Huang L, Fu C, Xiong F, He C, Wei Q. Stem Cell Therapy for Spinal Cord Injury. Cell Transplant. 2021 Jan-Dec;30:963689721989266. doi: 10.1177/0963689721989266. PMID: 33559479; PMCID: PMC7876757.

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