华西医院：神经干细胞移植治疗脑缺血的途径和方法

近日，四川大学华西医院转化神经科学中心神经疾病研究所研究人员在《Ibrain》发表了神经干细胞注射治疗脑缺血的途径和方法，研究表明神经干细胞（NSCs）移植治疗是一种非常有前景的治疗方法，移植的神经干细胞不仅通过结构替换发挥有益作用，还通过免疫调节和/或神经营养作用发挥有益作用。同时，NSC移植可减弱脑缺血后的细胞凋亡，改善神经功能。由于NSCs可以通过多种途径、不同剂量进行移植，本文主要总结不同注射途径和移植方法的NSCs移植效果。

神经干细胞概述

神经干细胞（NSCs）的来源及特点

NSCs是指具有自我更新能力并具有分化为神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和其他多向分化潜能的细胞。此外，这些显示出恶性转化的风险非常低。12种NSCs可直接来源于神经组织：胚胎哺乳动物的大脑皮层、海马、纹状体、室管膜下区、脑室下区、脊髓以及成年动物的其他部位均已成功分离培养NSCs。此外，NSCs还可来源于胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞、脐带血间充质干细胞、脂肪间充质干细胞、胚胎嗅鞘细胞和诱导多能干细胞的分化。NSCs具有自我维持和增殖的能力，并具有多种细胞分化潜能。

神经干细胞移植治疗脑缺血的必要性

成人中枢神经系统某些区域的内源性间充质干细胞主要分布在青壮年的海马区和室管膜下区（SVZ）。然而，这些内源性神经干细胞处于休眠状态。脑缺血会刺激海马和髓鞘下区的细胞增殖和神经母细胞形成，从而促进内源性NSCs迁移到缺血区域并分化为神经元，融入受损区域发挥作用。然而，刺激成人内源性NSCs对缺血性脑卒中患者神经功能的恢复作用有限。

研究人员还利用各种体外培养方法获得一定数量的外源性NSCs，而大多数外源性NSCs来自胚胎或胎儿。将人类NSCs植入脑缺血大鼠的大脑，这些细胞可以迁移到缺血区域，增殖并分化成神经元，还能改善感觉运动功能，从而显著修复缺血性脑损伤。然而，将NSCs移植到人体仍处于实验研究的初级阶段。虽然已经取得了一些临床结果，但技术还不够成熟。目前仍缺乏大样本、多中心、随机对照临床试验和大规模临床试验进行验证。

神经干细胞移植注射治疗脑缺血的研究进展

我们总结了NSCs的注射途径，主要包括静脉注射、动脉注射以及经脑室、纹状体、胼胝体、大脑皮层、海马和梗死区的脑内注射（图1）。下面我们主要介绍NSCs移植治疗脑缺血的途径、方法和剂量。

静脉注射

• 尾静脉
• 颈静脉

表1：静脉和动脉NSC移植治疗脑缺血的代表性实验研究。

动脉注射

• 颈总动脉
• 左颈总动脉
• 颈外动脉

脑内注射

表2：脑内（心室和纹状体）NSC移植治疗脑缺血的代表性实验研究。

心室注射

纹状体注射

表3：脑内（纹状体）NSC移植治疗脑缺血的代表性实验研究。

胼胝体注射

表4. 脑内（胼胝体、大脑皮层和海马）NSC移植治疗脑缺血的代表性实验研究。

大脑皮层注射

海马注射

梗塞面积区域

干细胞不同注射途径和剂量的作用

细胞剂量和递送时间

细胞剂量是最重要的变量之一。根据表1-3文献试验回顾，不同研究的细胞剂量有所不同，一般在1×10³至1×10⁶个细胞之间。例如，静脉内给药的范围为1×10³至1×10⁶个细胞。动脉给药范围为1×10⁵至1×10⁶个细胞。中风后3天移植NSC可促进脑组织学的改善，被认为是优化神经功能的有效方法。NSC成功地减少了梗塞面积的扩大，并提供了最佳的神经学结果。移植后7天后，脑内接受高剂量1×10⁴细胞/μL和2×10⁶细胞/μLNSI-566RSC移植的中风动物的运动和神经功能显着恢复（人类NSC系）与注射媒介物的中风动物或接受低剂量5×10³个细胞/μL的中风动物进行比较。

研究表明，干细胞治疗的最佳时间是缺血性中风后3天，造血干细胞移植可以通过防止细胞凋亡来缩小损伤范围。此外，NSC移植可以抑制梗塞面积扩大并保留神经功能。然而，由于NSCs治疗脑缺血受多种因素影响，NSCs移植的交付时间在不同情况下可能会有所不同。

不同注射途径的比较

NSC移植尚无最佳注射途径。将干细胞输送到全身的问题在于，仅位于损伤部位的注射细胞数量非常有限。直接注射是侵入性的，虽然它是一种精确的细胞输送和植入方法，但它会导致细胞在目标病灶中分布不良。

静脉移植的人类NSC可以到达患有缺血性损伤的成年大鼠大脑，并改善功能恢复和长期安全性。静脉注射后，细胞分布于全身，包括肝脏、脾脏、肾脏和脊髓。这导致输送到大脑的细胞数量减少。

颈动脉注射可以避免这种情况。

动脉注射的优点在于，它利用中枢神经系统的首过效应，最大限度地发挥外源性神经细胞在大脑中定居的潜力，而周围的细胞首先通过肺等过滤器官丰富的微循环和肝脏。但也存在潜在的并发症：动脉内注射可能会导致容量超负荷，从而导致急性心脏超负荷和肺水肿。当快速注射时，这些风险会被放大并对血管壁造成损害。因此，总容量和速度都应谨慎对待，进一步阻塞或干扰毛细血管。另一个并发症是脑血管系统中NSC栓塞的形成。将细胞直接注入脑室需要用电钻进行开颅手术，这会造成严重的创伤。与脑室内注射和静脉注射相比，颈内注射显示出特殊的优势，直接促进细胞间接触并诱导TNT形成，并且在动物模型中死亡风险低于脑室内注射。

此外，立体定向颅内移植是将NSCs直接注射到受损区域。该路线的效果比上述方法要好。但这种方法是侵入性的，涉及开颅手术等一系列手术，因此可能会损伤附近的脑组织。因此，迫切需要寻找一种能够有效穿透大脑的非侵入性药物输送方法。尽管治疗中枢系统疾病的鼻内药物输送已经存在很长时间，但使用干细胞的鼻内药物输送只是在最近几年才得到研究。

丹尼尔扬等人。2009年发现鼻内输送干细胞可以穿透小鼠大脑并绕过血脑屏障（BBB），这是一种非侵入性途径。同时，越来越多的证据表明干细胞可以通过鼻内给药绕过血脑屏障可靠地递送至中枢神经系统。

在脑缺血动物模型中，鼻内施用间充质干细胞的修复潜力已被广泛报道。例如，人脐带间充质干细胞 (hUC-MSC) 促进大鼠缺氧/缺血引起的新生儿脑损伤的修复。然而，使用鼻内NSC治疗脑缺血的方法仍在探索中。幸运的是，纪刚等人发现鼻内移植人类NSC可以改善患有缺氧缺血性脑病的新生大鼠的神经功能。因此，鼻内给予NSCs可能是治疗脑缺血的一种有前途的无创方法。

神经干细胞移植的重要性

神经干细胞移植后，身体各方面都得到了改善。根据移植后NSC的神经严重程度评分，我们可以得到显着较低的神经严重程度评分（NSS），这证明NSC移植减轻了脑缺血，增强了神经功能。此外，它还能改善神经干细胞的迁移，对脑缺血有有益的作用。同时，移植后神经功能得到增强。

此外，NSCs迁移到缺血脑中后仍保持增殖能力，可在缺血环境下维持至少14天的强大增殖能力。NSC还可以抑制缺血引发的炎症细胞因子并减少脑梗塞的体积。NSC移植刺激老年缺血大鼠的神经发生和内源性血管生成。同时还能促进皮质梗死区的血管生成，使NSC在体内分化为神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞，从而参与神经组织的修复。此外，它们可以通过跨胚分化分化为非神经细胞。移植胎儿NSC的动物不仅在肢体放置测试和功能评分方面表现出明显更好的表现，而且在体外和体内条件下分化为轴突、树突和星形胶质细胞方面也表现出明显更好的表现。

神经干细胞移植联合辅助治疗方法

有很多方法可以用来促进NSC移植的效果。一些方法如下：BDNF-NSCs移植后进行神经功能严重程度评分，更大程度改善神经功能。

环状RNA-HIPK2 (CircHIPK2) 表达的沉默可以增强中风后的功能恢复和 NSC向神经元的分化，并促进神经元的可塑性。同时，将AF-NSCs移植到缺血大鼠体内并诱导功能恢复。miR-145通过靶向丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）通路保护神经元干细胞功能并增强NSCs活性来治疗大鼠脑缺血性中风。miR-145的过表达促进NSCs的增殖和分化，同时抑制细胞凋亡。

iPSC衍生的NSC立体定向植入大脑后，植入的细胞可以存活、迁移到缺血的大脑区域并分化为成熟的神经细胞。针刺+NSCs移植后，神经细胞凋亡减少，NSCs存活率增加。CoMo-NSCs在体外有效地自我更新并生成神经元和神经胶质细胞。

DAPT可促进移植的NSCs分化为神经元，对脑缺血大鼠NSCs移植具有神经保护作用。PCNSC移植增强了缺血性中风的神经保护作用。最后，预处理将进一步增强NSC移植后NSC的效果。

结论

本综述重点讨论NSC注射治疗脑缺血的各种方法、剂量、时机和效果。脑缺血后NSCs移植的最佳注射部位、时机和剂量仍存在争议，因为NSCs注射的效果受到多种因素的影响。

从注射途径来看，静脉注射和动脉注射都是无创的。脑内和立体定向注射是侵入性的，可能导致严重的创伤，特别是在脑内注射时。脑内立体定向注射比其他方法更有效，但临床风险更大。虽然鼻内给药是一种无创递送方法，但鼻内给药NSCs治疗脑缺血的研究较少，这可能是治疗脑缺血的一种有前途的替代细胞疗法。

在细胞剂量方面，不同的研究有不同的细胞剂量，一般为1×103–1×106个单元。从注射时机来看，干细胞治疗的最佳时间是缺血性中风后3天左右。然而，最佳注射时间可能因多种因素而异。此外，移植和推广干细胞衍生物也是提高移植NSCs存活率的策略。总而言之，这些将干细胞和/或治疗物质递送至受损部位的给药途径需要进一步优化，以实现更好的临床应用。

参考资料：

Yang, X-Y, Zhang, X, Cao, J-F, Wu, M, Chen, S-Y, Chen, L. Routes and methods of neural stem cells injection in cerebral ischemia. ibrain. 2023; 1-14. doi:10.1002/ibra.12122

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