缺血性腦損傷包括中風(fēng)、缺氧缺血性腦病 (HIE) 和創(chuàng)傷性腦損傷，是世界范圍內(nèi)高發(fā)的健康問題。它可引起大面積腦組織梗死、神經(jīng)元丟失和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生，從而導(dǎo)致未成熟和成熟大腦發(fā)生腦癱、運動障礙甚至死亡。各種臨床治療已用于缺血性腦損傷，例如高壓氧、藥物治療 、康復(fù)訓(xùn)練和低溫治療。但這些治療方法多為支持療法，無法逆轉(zhuǎn)缺血性腦病的后遺癥。

自干細(xì)胞生物學(xué)問世以來，恢復(fù)缺血性腦損傷功能的一種方法是干細(xì)胞療法。許多研究已經(jīng)調(diào)查了干細(xì)胞移植在缺血動物模型中的治療潛力 。

干細(xì)胞具有自我更新和多向分化的能力，可以產(chǎn)生大量的功能細(xì)胞并遷移到受損的大腦區(qū)域。移植細(xì)胞可以替代丟失的細(xì)胞類型，用宿主細(xì)胞重建神經(jīng)回路，從而重建缺血性損傷腦的功能。這些移植的干細(xì)胞可以分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子以促進內(nèi)源性殘留細(xì)胞的存活以及內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生。另外，通過釋放抗炎細(xì)胞因子，干細(xì)胞可以調(diào)節(jié)缺血腦的炎癥環(huán)境。這些特性使它們成為未來最有前途的缺血性腦病治療方法。

干細(xì)胞移植為治療缺血性腦損傷提供無限可能

本文就干細(xì)胞移植治療缺血性腦損傷的相關(guān)研究進行綜述，總結(jié)近年來的臨床前（表1）和臨床試驗（表2）。并討論了干細(xì)胞治療缺血性腦損傷的潛在機制、臨床試驗以及未解決的問題。

用于治療缺血性腦損傷的干細(xì)胞類型

各種類型的干細(xì)胞，包括胎兒腦組織、胚胎干細(xì)胞（ESCs）/誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）、神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）、間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）和腦類器官被嘗試用于治療缺血性腦損傷（圖1)。

ESC，胚胎干細(xì)胞；iSCs，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞；eNSCs，內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞；MSC，間充質(zhì)干細(xì)胞。

胎兒腦組織：用于移植的胎兒腦組織取自不同胎齡和解剖部位。可以從胎兒腦組織中分離出各種細(xì)胞類型，例如NSC、神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。

一項研究表明，將胎兒額葉皮質(zhì)移植到受傷的大腦中可以改善運動缺陷，而手術(shù)切除移植物會再次導(dǎo)致運動缺陷。胎兒組織是第一個嘗試用于移植并被證明有效的細(xì)胞來源。而由于倫理問題，胎兒腦組織用于治療患者缺血性腦損傷的用途受到限制。

胚胎干細(xì)胞/誘導(dǎo)多能干細(xì)胞：胚胎干細(xì)胞源自囊胚的內(nèi)細(xì)胞團，具有在體內(nèi)和體外生成所有細(xì)胞類型的最廣泛潛力。全能ESC可以通過特定的體外誘導(dǎo)方案分化為功能性神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞。李等探討了胚胎干細(xì)胞對缺血性腦病的治療效果。他們發(fā)現(xiàn)胚胎干細(xì)胞治療組的梗死面積逐漸減少。神經(jīng)學(xué)嚴(yán)重程度評分表明早期有益效果并且表現(xiàn)明顯優(yōu)于對照組。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞是一群細(xì)胞，由終末分化的體細(xì)胞重新編程，具有與胚胎干細(xì)胞相同的自我更新和分化能力。將體細(xì)胞重編程為iPSC可產(chǎn)生源自患者的細(xì)胞，而無需擔(dān)心自體移植后的免疫抑制。

研究表明，將胚胎干細(xì)胞/誘導(dǎo)多能干細(xì)胞直接分化為神經(jīng)干細(xì)胞/間充質(zhì)干細(xì)胞進行移植，可大大降低腫瘤發(fā)生的風(fēng)險，神經(jīng)干細(xì)胞/間充質(zhì)干細(xì)胞的治療效果明顯。

神經(jīng)干/祖細(xì)胞：神經(jīng)干細(xì)胞/神經(jīng)祖細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)胞群，具有自我更新和分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力。在成人大腦中，神經(jīng)干細(xì)胞主要存在于腦室下和顆粒下區(qū)，并保持在靜止?fàn)顟B(tài)。一旦腦損傷發(fā)生，這些靜息的神經(jīng)干細(xì)胞開始增殖并參與腦損傷的修復(fù)。然而，據(jù)估計，在患有嚴(yán)重腦缺血的患者中，在急性缺血期間每小時約有1.2億個神經(jīng)元丟失。僅依靠內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞增殖不能替代大量丟失的神經(jīng)元。因此，外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植是修復(fù)缺血性腦損傷的潛在治療方法。

大多數(shù)用于細(xì)胞移植的神經(jīng)干細(xì)胞/神經(jīng)祖細(xì)胞通常通過兩種途徑獲得，一種是從胚胎干細(xì)胞或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化而來，另一種是從胎兒或成人腦組織中分離得到。許多研究已經(jīng)證明了神經(jīng)干細(xì)胞移植對缺血性腦損傷的治療效果。干細(xì)胞療法的一個理想目標(biāo)是產(chǎn)生特定的神經(jīng)元來重建內(nèi)源性神經(jīng)回路。因此，命運注定的神經(jīng)元祖細(xì)胞似乎更適合細(xì)胞移植。重要的是，神經(jīng)干細(xì)胞/神經(jīng)祖細(xì)胞移植后長時間未發(fā)現(xiàn)染色體異常和腫瘤形成。

間充質(zhì)干細(xì)胞：間充質(zhì)干細(xì)胞是成體干細(xì)胞，可以從各種組織中分離出來，例如骨髓、臍帶血、胎盤組織和脂肪組織。來自不同組織的間充質(zhì)干細(xì)胞具有相似的生物學(xué)特性，包括低免疫原性、增殖能力、分化能力和分泌能力。因此，MSCs在臨床前和臨床試驗中主要用于治療缺血性腦損傷。

干細(xì)胞治療缺血性腦損傷的機制

移植細(xì)胞已被證明可通過細(xì)胞替代、神經(jīng)營養(yǎng)、免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)發(fā)生等多種機制改善缺血性腦損傷動物模型的功能恢復(fù)（圖1）。

細(xì)胞替換和與宿主神經(jīng)回路的功能整合：缺血性腦損傷引起的大量神經(jīng)元細(xì)胞丟失是繼發(fā)性腦癱和智力低下的主要原因。替換丟失的神經(jīng)元是在缺血后重建受損大腦功能的最有潛力的方法。

許多研究表明，NSCs/NPCs具有分化成成熟神經(jīng)元并整合到宿主神經(jīng)回路中的能力，而MSCs在移植到缺血動物模型后似乎無法產(chǎn)生新的功能性“神經(jīng)元”細(xì)胞。

炎癥微環(huán)境的調(diào)節(jié)：目前許多研究探索了干細(xì)胞在體外和體內(nèi)的抗炎和免疫調(diào)節(jié)功能。干細(xì)胞通過上調(diào)抗炎因子。趨化因子MCP-1和MIP-1α是小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞激活的指標(biāo)。黃等在他們的研究中證明，NSCs移植可以顯著下調(diào)兩種趨化因子的表達(dá)，從而減少中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞進入大腦的轉(zhuǎn)運。源自MSC的細(xì)胞外囊泡是納米級囊泡，可以調(diào)節(jié)中樞和外周炎癥。

這些結(jié)果證明了干細(xì)胞在體內(nèi)移植后的抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。此外，通過調(diào)節(jié)炎癥微環(huán)境，干細(xì)胞可以抑制細(xì)胞凋亡，從而使更多的缺血區(qū)殘余神經(jīng)元得以存活并有利于功能恢復(fù)。事實證明，幾乎所有用于移植的干細(xì)胞類型都具有體內(nèi)抗炎和免疫調(diào)節(jié)的能力。

神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)發(fā)生：除了外源性細(xì)胞替代外，內(nèi)源性細(xì)胞的存活和神經(jīng)發(fā)生對于缺血性腦損傷的功能恢復(fù)也非常重要。單獨中風(fēng)可以刺激腦室下區(qū)的神經(jīng)發(fā)生。此外干細(xì)胞治療可以通過分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子顯著增強這種神經(jīng)源性活動。

干細(xì)胞治療缺血性腦損傷的臨床試驗

干細(xì)胞的治療功效已在大量臨床前實驗中得到證實。近年來，各種小規(guī)?；虼笠?guī)模的臨床試驗一直在進行，其中許多已經(jīng)顯示出初步結(jié)果（見表2）。

大多數(shù)用于臨床試驗的干細(xì)胞類型是間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞。一項臨床試驗招募了30例嚴(yán)重腦卒中患者，其中5例患者接受1×108個自體間充質(zhì)干細(xì)胞移植靜脈滴注，另25例患者作為對照組。經(jīng)過一年的隨訪，他們發(fā)現(xiàn)中風(fēng)患者沒有出現(xiàn)與細(xì)胞相關(guān)、血清學(xué)或影像學(xué)定義的不良反應(yīng)。表示功能恢復(fù)的Barthel指數(shù)在隨訪開始至結(jié)束均較對照組有較大改善。

一項關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞移植治療中風(fēng)患者的為期兩年的開放標(biāo)簽、單中心和劑量遞增臨床試驗（NCT01151124）已經(jīng)完成。臨床數(shù)據(jù)分析表明，高達(dá)2000萬個細(xì)胞的單次腦內(nèi)神經(jīng)干細(xì)胞劑量不會引起不良事件，并且與神經(jīng)功能改善有關(guān)。

李等對缺血性中風(fēng)患者進行了自體間充質(zhì)干細(xì)胞移植的五年隨訪。他們在長期隨訪期間證明了間充質(zhì)干細(xì)胞移植對中風(fēng)患者的功能結(jié)果和生存率的有益影響。此外，許多其他關(guān)于缺血患者干細(xì)胞治療的臨床試驗正在進行中（https://clinicaltrials）。

從目前公布的數(shù)據(jù)來看，臨床應(yīng)用細(xì)胞移植是安全可行的。沒有報告嚴(yán)重的不良事件和腫瘤發(fā)生。雖然功能結(jié)果仍需要在更多和更大的隊列研究中進行評估。

干細(xì)胞移植治療腦損傷未解決的問題

目前，干細(xì)胞療法是治療缺血性腦損傷最有前途的方法。而從板凳到床的細(xì)胞移植，為缺血性腦損傷患者提供了巨大的希望。雖然在臨床應(yīng)用之前仍有許多問題需要弄清楚。為了使干細(xì)胞療法在神經(jīng)功能缺損方面取得成功，移植細(xì)胞應(yīng)取代丟失的神經(jīng)元類型并用宿主細(xì)胞重建相應(yīng)的神經(jīng)回路。

在缺血性腦損傷中，需要更多的證據(jù)來進一步支持長期功能恢復(fù)與神經(jīng)回路重建相關(guān)的結(jié)論。

• 比如，治療不同階段的缺血性損傷患者應(yīng)該選擇哪些細(xì)胞類型？
• 干細(xì)胞在成熟腦和未成熟腦中的存活、增殖、分化和功能整合有什么區(qū)別？
• 另外，干細(xì)胞治療的方式和細(xì)胞劑量也需要明確。許多研究嘗試了包括顱內(nèi)、靜脈內(nèi)、鼻內(nèi)或腹膜內(nèi)注射在內(nèi)的途徑). 每條路線都有利有弊。在臨床應(yīng)用中，在選擇注射途徑之前應(yīng)考慮患者的身體狀況。
• 缺血性腦病總是有許多合并癥，如高血壓、癲癇發(fā)作和頭痛。因此，干細(xì)胞治療伴有嚴(yán)重并發(fā)癥的缺血性腦損傷應(yīng)在臨床應(yīng)用前進行深入研究。

結(jié)論：隨著干細(xì)胞移植技術(shù)的迅猛發(fā)展，干細(xì)胞治療缺血性腦損傷取得了一系列的突破性成果。相信隨著科學(xué)研究與醫(yī)療技術(shù)的不斷進步，干細(xì)胞療法可以將缺血性腦損傷的治療窗口延長，為缺血性腦損傷的治療提供新型的解決方案。

參考資料：Ji XL, Ma L, Zhou WH, Xiong M. Narrative review of stem cell therapy for ischemic brain injury. Transl Pediatr 2021;10(2):435-445. doi: 10.21037/tp-20-262.

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