神经干细胞移植在脊髓损伤修复中的作用及应用

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时间: 2024-02-19 17:48:58 734人阅读

脊髓损伤(SCI)是一种毁灭性的疾病，使患者残疾，并构成全球健康负担的相当大比例。根据一项全球合作的研究，2016年全球有93万例新病例和2704万例SCI流行病例。不幸的是，在中国，流行病学数据不足且区域分散。中国不同地区的SCI发病率范围为百万分之2370万至百万分之60（后者在北京）。SCI患者在精神上、身体上和经济上都遭受痛苦。在加拿大，创伤性SCI患者的不完全截瘫经济成本为150万美元，完全四肢瘫痪为300万美元。

管理SCI很困难，主要是由于其复杂的病理生理学和破坏性结果。SCI的病理生理学可分为两个阶段。初级阶段是指对脊髓的初始物理创伤，直接破坏血液脊髓屏障。这会导致出血、水肿和对局部结构（例如神经元、少突胶质细胞、血管和细胞膜）的损伤。随后的第二阶段，由炎症引起，是指延迟的组织破坏，包括血管功能障碍、缺血、水肿、电解质转移、兴奋性毒性、炎症、自由基损伤和细胞凋亡。虽然常驻神经干细胞(NSC)可能在SCI的再生过程中发挥关键作用，但损伤脊髓的内源性修复仍然有限且知之甚少。结果，脊髓的正常功能丧失并且难以恢复。

目前对SCI的管理主要集中在减轻继发性损伤和恢复急性和亚急性期的正常神经功能。主要治疗方法包括药物神经保护、早期手术抑制和稳定以及增加动脉压。其他选择，例如细胞移植疗法（有或没有支架）正在积极探索中，尚未应用于临床实践。目前，SCI的有效临床管理仍然有限，患者继续在生理、精神和经济上遭受痛苦。

近年来，研究人员仍在努力寻找有效的SCI修复疗法。干细胞的移植疗法被认为是有前景的，其中主要选择包括间充质干细胞(MSCs)、NSCs、胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能干细胞(iPSCs)。与其他来源的干细胞相比，NSCs的独特之处在于其命运向神经谱系的分化受限。这使NSC具有治疗多种神经系统疾病的潜力，包括神经发育和神经退行性疾病以及SCI。NSC是产生神经元和神经胶质谱系的多能细胞，使其成为SCI修复的合适候选者。尽管治疗结果因许多因素而异，但有证据支持神经干细胞对SCI修复的积极功效。

因此，我们认为NSCs具有相当大的SCI修复潜力。有许多研究侧重于NSC的各个方面，包括生成NSC的方法、NSC的可能修复机制、临床前研究以及使用NSC验证疗法的临床试验。尽管如此，需要进行综合审查，以更广泛地讨论NSC如何帮助SCI修复。

我们将首先说明NSC的内源性和外源性来源。然后，我们将解释神经干细胞的治疗潜力和促进SCI修复的机制。接下来，将总结和讨论近年来利用NSCs潜力的主要临床前策略和临床应用，重点是策略设计和结果。最后，我们将提出主要障碍和未来展望。我们真诚地希望这篇综述可以激发该领域的未来研究。

神经干细胞的来源

NSC是可以自我更新并分化为神经元和神经胶质细胞的多能干细胞。这些特征是神经干细胞的基本特性，无论它们是内源性的还是外源性的。在这篇综述中，考虑到SCI是这篇综述的主题，内源性NSC是指位于受损脊髓中的那些。另一方面，外源性神经干细胞是指在受伤脊髓外制备的神经干细胞。

脊髓内源性神经干细胞：脊髓中的内源性NSC可由SCI触发。这些因此增殖，迁移到病变部位，并分化成更多数量的星形胶质细胞和更少数量的少突胶质细胞，从而形成胶质瘢痕。内源性NSC在SCI期间也发挥神经营养作用并维持组织完整性。

外源性神经干细胞：外源性NSC在受伤的脊髓外收获，便于细胞移植治疗。与内源性NSC一样，这些细胞具有相似的特征：自我更新、增殖和分化成多个神经外胚层谱系。

可以使用各种方法制备外源性NSC。它们首先是从胚胎/胎儿中枢神经系统组织中提取的，其方案和治疗效果已经成熟。然而，伦理问题限制了这些类型的NSC的应用。iPSC衍生的NSC和iNSC是NSC的替代来源，允许从体细胞制备NSC。生产的便利和伦理问题的避免使这些NSC充满希望。嗅黏膜和ENS是提取NSC的新来源；这些技术为自体移植提供了机会。

神经干细胞移植在脊髓损伤中的治疗潜力

NSCs具有多种有利于SCI修复的治疗潜力。根据SCI修复的过程，NSCs可以首先调节炎症和免疫微环境，使巨噬细胞极化为抗炎M2型。然后NSC可以分泌生长因子来支持运动和感觉轴突的生长。此外，它们可以分化成神经元和神经胶质细胞谱系，作为SCI修复的细胞来源。偏向NSCs的分化命运可能有助于减少SCI修复中形成的胶质疤痕。NSCs还可以在SCI修复过程中增加髓鞘形成，可能通过分化为少突胶质细胞。

图2：神经干细胞移植治疗潜力的简要说明。NSC，神经干细胞

炎症微环境的调节：SCI的炎症微环境与NSCs之间存在相互作用。尽管仍有许多谜团，但NSC对炎症和免疫微环境的调节可能是SCI修复的一个有希望的目标。一项体外共培养研究表明，NSCs可以诱导巨噬细胞极化为M2型，依赖于白细胞介素(IL)-4。与促炎M1巨噬细胞相比，M2巨噬细胞被认为具有抗炎和修复作用。

神经营养因子的分泌：NSCs可以自然分泌神经营养因子，包括胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）、神经生长因子（NGF）、血管内皮生长因子（VEGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）和胰岛素样生长因子（IGF）-1。这些因素支持受损脊髓的轴突生长和血管生长，促进SCI修复。

分化成神经元和神经胶质谱系：NSCs可以分化成多个细胞谱系，这是一个很有前景的治疗靶点；大量研究集中在为NSC迁移、增殖和/或分化创造有利的微环境。在体内，内源性NSC主要分化为星形胶质细胞，促进胶质瘢痕形成并阻碍神经再生。因此，一方面，星形胶质细胞分化的阻断可能有助于SCI修复。

此外，NSCs的神经元分化是另一种优选的分化命运，为重建脊髓损伤部位的神经回路奠定了基础。

促进髓鞘形成：NSC可以增加受损脊髓的髓鞘形成，可能通过迁移到囊腔和分化为少突胶质细胞。脱髓鞘发生在SCI期间，并由于绝缘损失而损害电子信号传导。研究表明，来自NSC的分化少突胶质细胞会增加局部髓鞘形成，从而促进传导，从而有利于SCI修复。

神经干细胞移植疗法在脊髓损伤治疗中的应用

临床案例：神经干细胞移植治疗慢性脊髓损伤的首次人体I期研究

神经干细胞移植治疗慢性脊髓损伤的首次人体I期研究

我们测试了人脊髓源性神经干细胞(NSI-566)移植治疗慢性脊髓损伤(SCI)的可行性和安全性。

在这项临床试验中，四名患有T2-T12SCI的受试者接受了包括移除脊柱器械、椎板切除术和硬脑膜切开术的治疗，随后是六次中线双侧立体定向NSI-566细胞注射。

所有受试者都很好地耐受了该程序，并且迄今为止没有严重的不良事件（移植后18-27个月）。在两名受试者中，使用ISNCSCI运动和感觉评分检测到一到两个神经系统改善水平。我们的结果支持将NSI-566移植到SCI部位的安全性，并且在三个受试者中潜在功效的早期迹象需要在剂量递增研究中进一步探索NSI-566细胞。

临床试验汇总

表格1列出迄今为止完成或终止的用于SCI治疗的NSC移植治疗的临床试验。与更丰富的临床前试验相比，研究NSC移植治疗SCI修复的临床试验很少。这些试验都使用了类似的移植方法，将人类神经干细胞注射到髓内空间。

使用神经干细胞移植治疗脊髓损伤的临床试验结果总结至于安全性结果，入组的参与者都很好地耐受了移植手术。与未接受移植治疗的SCI患者相比，人类NSC的移植与严重不良神经系统影响和并发症的风险无关。至于次要结果，如美国脊髓损伤协会损伤量表(AIS)等级变化和其他神经系统评估，见证了一些适度的改善。这些结果为NSC移植疗法带来了广阔的前景。

因此，虽然不能确定NSC移植对SCI的治疗效果，但可以初步得出结论，这种移植策略耐受性良好且相对安全。

未来展望

首先，出于伦理和功效考虑，直接诱导的NSC和iPSC衍生的NSC优于来自胚胎组织的更常用的NSC。iNSC和iPSC衍生的NSC特别适用于需要大量NSC的情况，例如在临床试验中。虽然iPSC技术比诱导技术更受欢迎，但允许体细胞直接转化的第二代重编程提供了一种更快、更安全且更具成本效益的方法来制备NSC（即iNSC）。然而，关于iNSCs和iPSC衍生的NSCs治疗SCI的安全性问题仍有待解决。该领域需要抑制肿瘤形成的创新策略。此外，在SCI修复中实施此类策略的修复效果需要进一步验证。

其次，需要对脊髓中的NSC进行分化控制。目前的结果表明，移植的NSC主要分化为星形胶质细胞，而不是神经元和少突胶质细胞；这限制了NSC的再生作用。更详细地了解SCI的病理生理学和NSCs的分化机制可能有助于策略设计以实现NSCs的受控分化。NSCs可以分化成并补充在SCI中受损的细胞。

第三，NSC功效的体内评估需要改进。虽然天然脊髓的结构和功能很复杂，但目前的体内评估主要限于免疫组织化学检查和运动功能评估。此类评估仅提供对SCI修复效果的粗略了解。由于评估方法的限制，其他方面，例如感觉和自主恢复，被故意忽略。因此，需要进行更彻底的评估，以更好地了解基于NSC的策略的功效。可以设计新的策略来直接改善修复不良的功能。

总之，神经干细胞是脊髓损伤细胞移植治疗的重要组成部分。它们的治疗潜力为神经干细胞的疗法奠定了基础。在临床前测试中设计了许多策略，并取得了可喜的结果。然而，需要更多的工作来实现完全康复并转化为临床进展。

希望随着医学的进步，在不久的将来，脊髓损伤患者的治疗不再仅依赖于支持性护理，而是能有更多科学性的治疗手段，为处于绝望边缘的患者带来新生！

参考资料：GuoW,ZhangX,ZhaiJ,XueJ.Therolesandapplicationsofneuralstemcellsinspinalcordinjuryrepair.FrontBioengBiotechnol.2022Aug29;10:966866.doi:10.3389/fbioe.2022.966866.PMID:36105599;PMCID:PMC9465243.

标签:神经干细胞移植·脊髓损伤

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