人羊膜上皮细胞对中枢神经系统损伤和疾病的治疗潜力

尽管神经外科和药物方面最近取得了进展，但当代治疗对于恢复中枢神经系统（CNS）损伤和疾病患者失去的神经功能无效。因此，迫切需要新颖且有效的治疗方法。

最近的研究表明，在临床前和临床试验中，干细胞，包括胚胎干细胞（ESC）、诱导多能干细胞（iPSC）和间充质干细胞（MSC）可以修复/替换受损或退化的神经元，并改善功能恢复。然而，干细胞治疗在效力、稳定性、致癌性、免疫反应、细胞来源和伦理方面还有许多悬而未决的问题和未解决的问题。

目前，源自羊膜的人羊膜上皮细胞（hAEC）与其他干细胞相比表现出相当大的优势，引起了研究人员的广泛关注。 hAEC很容易获得，不存在伦理问题，并且几乎没有致瘤性和免疫原性的风险。越来越多的证据表明，hAEC可以促进神经细胞存活和再生，修复受影响的神经元，并重建受损的神经连接。人羊膜上皮细胞可能是神经系统疾病细胞治疗最有希望的候选者。

人羊膜上皮细胞对中枢神经系统损伤和疾病的治疗潜力

在这篇综述中，我们主要关注人羊膜上皮细胞在治疗各种中枢神经系统损伤和神经退行性疾病方面的最新进展和潜在应用。我们还讨论了人羊膜上皮细胞疗法当前的障碍和挑战。

一、简介

中枢神经系统（CNS）损伤和紊乱严重影响人类健康和生活质量。迄今为止，神经外科和药物制剂可以缓解症状，但没有有效的疗法可以修复/替换受损或退化的神经元并恢复神经功能。确定新颖有效的治疗方式至关重要。

目前，干细胞疗法作为治疗各种神经系统疾病的一种有前景的治疗选择而备受关注。各种干细胞，包括胚胎干细胞（ESC）、诱导多能干细胞（iPSC）、神经干细胞（NSC）和间充质干细胞（MSC），已在临床前研究其在治疗神经系统疾病中的治疗潜力。和临床试验。此外，研究表明干细胞可以促进神经功能恢复，使受损的神经回路重新连接。

先前的研究表明，不同类型的干细胞决定并继承独特的谱系特异性特征，导致不同程度的细胞功能（增殖、分化、免疫原性和致瘤性），但它们也可能激发临床和研究的兴趣。如果在从实验室转移到临床之前没有解决并妥善解决问题，就会产生道德上的不安。

在这些干细胞中，源自脐带血、骨髓和脂肪组织的间充质干细胞已在神经系统疾病的临床试验中进行了研究，并被证明具有神经保护作用。然而，细胞资源、侵入性提取程序和细胞数量使得这种类型的干细胞不太适合作为细胞治疗的实际来源。人脐带间充质干细胞（UCMSCs）自2011年起开始用于临床试验，用于治疗一些神经系统疾病。

目前，http://ClincalTrials.gov上已列出了24项UCMSCs的注册研究，部分试验已经完成。然而，只有一项临床试验报告UCMSCs是安全的，并且可能延迟遗传性脊髓小脑性共济失调的进展。因此，脐带间充质干细胞治疗神经系统疾病的安全性和有效性需要临床试验的进一步评估。

最近，临床前研究表明，源自人羊膜的人羊膜上皮细胞（hAEC）可能是治疗中枢神经系统损伤和疾病的更好的替代细胞来源，因为它们容易获得，无致瘤性和低免疫原性潜力，伦理争议较少，并且可以有效治疗中枢神经系统损伤和疾病。

在这篇综述中，我们主要关注hAEC，并总结了基于hAEC的治疗在神经损伤和神经退行性疾病临床前研究中的进展，包括hAEC治疗后的可能机制（如表1所示）。

疾病	作者	模型动物	移植方式	建议机制	临床改善
中风	[ 9 ]	急性缺血大鼠	I.C.	减少细胞凋亡 神经分化	减少梗塞体积 改善功能行为
中风	[ 32 ] [ 34 ]	急性缺血小鼠和狨猴	I.C.	减少脑细胞凋亡和炎症 减少全身免疫抑制	减少梗塞体积 改善功能行为
中风	[ 14 ]	ICH大鼠	脑内	小胶质细胞激活减少 神经细胞存活和再生增加	减少脑水肿 改善神经功能缺损
中风	[ 25 ]	非物质文化遗产兔子	脑内	神经分化	改进的功能行为
中风	[ 36 ]	ICH大鼠	脑内	小胶质细胞活化和炎症因子减少	减少炎症反应
脊髓损伤	[ 42 ]	SCI猴子	注入横切腔	促进轴突生长 预防胶质疤痕形成	防止神经胶质疤痕的形成 防止轴突细胞死亡
脊髓损伤	[ 10 ]	脊髓损伤大鼠	注射到脊柱横断处	促进轴突再生 抑制轴突红核萎缩	改进的功能行为
脊髓损伤	[ 43 ]	脊髓损伤大鼠	注射到脊柱横断处	小胶质细胞活化减少	减轻 SCI 引起的机械异常性疼痛
脊髓损伤	[ 44 ]	脊髓损伤大鼠	移植到脊柱横断处	增强宿主神经元的存活 促进共同起草的 NSC 的存活和神经分化	改进的功能行为
脊髓损伤	[ 46 ]	脊髓损伤大鼠	移植到带有肌肉支架的脊柱半切片中	促进轴突生长 促进神经纤维髓鞘再生	改善功能恢复
脊髓损伤	[ 47 ]	脊髓损伤大鼠	移植到带有丝素蛋白支架的脊柱半切片中	减少神经胶质疤痕的形成 减少病变部位的免疫反应	改进的功能行为
帕金森病	[ 15 ]	帕金森病大鼠	脑内	促进表达酪氨酸羟化酶的神经元的分化	改进的功能行为
帕金森病	[ 58 ]	帕金森病大鼠	脑内	促进多巴胺神经元的存活	提高多巴胺神经元的存活率
帕金森病	[ 11 ]	帕金森病大鼠	脑室内	防止多巴胺神经元及其代谢物的损失	改善行为恢复
帕金森病	[ 59 ]	帕金森病大鼠	脑内	增加多巴胺神经元及其代谢物的含量	改善行为缺陷
老年痴呆症	[ 12 ] [ 65 ]	APP/PS1 小鼠	脑内	增加胆碱能神经元的存活率 促进乙酰胆碱的产生	改善空间记忆
多发性硬化症	[ 13 ]	EAE小鼠	静脉	抑制脾细胞和 T 细胞的增殖 增加 Th2 产生的比例	减少脱髓鞘 改善复发和缓解
多发性硬化症	[ 71 ]	EAE小鼠	静脉	抑制脾细胞增殖 增加IL-2和IL-5的产生	缓解率降低 脱髓鞘
多发性硬化症	[ 72 ]	EAE小鼠	静脉	增加 Treg 和幼稚 CD4 + T 细胞的数量 降低 T 细胞反应和炎症因子	改善复发
CP	[ 52 ]	早产胎羊脑损伤	胎儿颈静脉	减少小胶质细胞活化、细胞凋亡和星形胶质细胞增生，以及维持血脑屏障完整性	保护发育中的大脑
CP	[ 51 ]	早产胎羊脑损伤	胎儿肱动脉	小胶质细胞活化、细胞固缩和细胞死亡减少 少突胶质细胞和 MBP 阳性细胞增加	恢复髓磷脂形态 减少白质损伤
CP	[ 53 ]	早产胎羊脑白质损伤	静脉内和气管内	减少小胶质细胞活化和血管渗漏	调制白质病理学
CP	[ 56 ]	围产期小鼠脑损伤	静脉	减少细胞凋亡和星形胶质细胞增生， 增加小胶质细胞活性	挽救减轻的体重

人羊膜上皮细胞的特征

hAEC源自羊膜上皮层，羊膜是包围胎儿和羊水的膜囊，可保护发育中的胚胎免受周围环境的各种刺激。羊膜是一种半透明的生物膜，缺乏神经、肌肉和淋巴管，由五个不同的层组成（图1）。上皮层下方有致密的基质层和成纤维细胞层，羊膜间充质干细胞（AMSC）源自该层。 AMSCs在缺血动物模型中发挥神经保护功能；然而，AMSCs尚未在其他神经疾病模型中得到广泛研究。在这篇综述中，我们主要关注hAECs在神经系统疾病治疗中的潜在疗法。

值得注意的是，hAEC比其他干细胞具有显着的优势。hAEC源自足月胎盘，出生后即被丢弃。因此，它们很容易获得，不需要侵入性的收获程序，并且不存在任何相关的道德问题。此外，hAEC低表达HLA-A、B、C和HLA-DR，这些抗原是受体排斥反应的关键抗原，并且表达非多态性、非经典抗原HLA-G，可以直接抑制免疫反应，这表明hAEC的免疫原性较弱。最近的一项研究还表明，静脉注射hAEC不会导致溶血、过敏反应、毒性或肿瘤形成，表明hAEC具有系统安全性。

在一项由7名受试者组成的小队列中进行的hAEC早期临床试验中，在植入后长达7周的时间内没有发现急性排斥反应的迹象。源自人类羊膜的细胞和组织的生物活性早已被用于皮肤烧伤或眼部烧伤的患者，这也表明hAEC不会诱导受体免疫排斥。

人羊膜起源于原肠胚形成前的多能外胚层；hAEC很可能具有多谱系分化潜力，因此可以分化为所有三个胚层，包括神经细胞。这与hAEC能够在体内分化成神经元样细胞的研究结果一致。此外，还有报道称hAEC能够合成和释放神经营养因子（NTF）、生长因子以及儿茶酚胺和多巴胺等神经递质，促进神经存活和再生，表现出多种神经元功能。因此，有理由相信hAEC可能是神经系统疾病细胞治疗的潜在细胞来源。

人羊膜上皮细胞的预期应用

人羊膜上皮细胞治疗中风

中风是全世界死亡和残疾的主要原因之一。目前尚无有效的治疗方法。在过去的几十年里，干细胞疗法在中风的治疗中得到了积极的探索。数据表明，干细胞可以通过促进神经元的存活和再生以及修复受损的脑组织来缩小梗塞范围并改善功能恢复。在不同的干细胞来源中，骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）在临床试验中得到广泛研究。自体骨髓间充质干细胞可以离体扩增，但患者很难及时获得预定剂量的细胞。另一方面，现成的同种异体hAEC冷冻储备是另一种干细胞来源。

关于使用hAEC治疗缺血性中风，先前的一项研究报道，通过脑内 (ic) 注射将hAEC移植到短暂大脑中动脉闭塞 (MCAO) 的大鼠体内。移植物减少了梗塞体积和脑细胞凋亡，并改善了中风后16天的运动和认知功能。此外，移植的hAEC被注意到表达神经元标记、神经元祖细胞标记和星形胶质细胞标记，这表明hAEC 可以转化为神经元样细胞，并有助于修复受影响的神经元。

综上所述，临床前研究表明，hAEC疗法可能通过以下潜在机制有效治疗缺血性中风和脑出血。

• 首先，hAEC可以分化成神经组织来替代受损或死亡的神经细胞。
• 其次，hAECs可以通过抑制小胶质细胞的活化并产生抗炎因子和免疫抑制因子来抑制炎症反应，从而有助于保护神经元免受免疫细胞介导的细胞凋亡的影响。
• 第三，hAEC可以分泌必要的细胞因子、NTF和生长因子，为神经细胞的生存和再生以及突触发生提供有利的微环境，最终有助于失去连接的重新神经支配和恢复细胞功能。

最后，全身施用hAEC可以减轻中风后免疫抑制，这归因于感染程度较低，并且有利于整体恢复和大脑修复过程。

人羊膜上皮细胞治疗脊髓损伤 (SCI)

SCI是一种严重的衰弱性疾病，通常伴有运动和感觉功能障碍。现代医疗干预措施的重点是稳定脊柱和控制炎症，以防止进一步损伤。目前，尚无有效的治疗方法可用于恢复此类神经功能。在可能的新策略中，干细胞移植是一种有前途的SCI治疗方法。干细胞可以修复受损的神经细胞并允许轴突再生，从而重建神经回路、功能恢复和大脑修复过程。

Sankar和Muthusamy报道，移植到半切空腔中的hAEC促进了轴突轴突的生长，并防止横切病变部位神经胶质疤痕的形成。

临床前研究表明，hAEC可以通过抑制小胶质细胞的激活和胶质疤痕的形成，并产生旁分泌因子来优化脊髓微环境，从而使受损的轴突重新生长，从而重建受损的神经连接和功能恢复。此外，hAEC嵌入生物材料以及hAEC和NSC联合移植的策略可能是促进SCI治疗的良好选择。

人羊膜上皮细胞治疗脑瘫 (CP)

CP是早产儿和足月儿常见的神经发育障碍。脑白质（WM）损伤，称为脑室周围白质软化（PVL），是与 CP相关的主要神经病理学。导致新生儿WM损伤的两个关键途径是新生儿脑血流动力学异常和局​​部脑炎症。潜在的机制，包括激活的小胶质细胞、星形胶质细胞增殖、血脑屏障通透性增加和少突胶质细胞死亡，可能导致WM损伤并随后影响大脑发育。目前，这种损伤尚无治疗方法。

hAEC已被证明通过减少小胶质细胞活化并产生抗炎和免疫抑制因子而具有强大的免疫调节能力，这表明 hAEC可能是WM损伤的潜在疗法。

人羊膜上皮细胞治疗帕金森病 (PD)

PD是一种神经退行性疾病，其特征是黑质中的多巴胺能神经元、细胞质聚集的路易体和神经炎症进行性丧失。其典型症状主要包括静止性震颤、肌肉强直、行动迟缓、步态异常等。尽管药剂学和神经外科的出现，PD症状也只能得到缓解。PD尚无治愈方法。

关于基于hAEC的PD疗法，Kakishita等人报道称，将hAEC移植到PD大鼠的纹状体中可以缓解其行为缺陷。移植的hAEC不仅能表达酪氨酸羟化酶，还能防止黑质多巴胺能神经元变性。与这些研究一致，Yang 等人。还证明了hAEC通过神经分化和神经保护对PD大鼠产生影响。此外，我们发现移植的hAEC可以降低PD小鼠的小胶质细胞活化和炎症因子水平（未发表的数据）。总之，基于hAEC的PD治疗主要依赖于其神经源性潜力、抗炎作用以及合成和释放NTF和神经递质的能力。

人羊膜上皮细胞治疗阿尔茨海默病 (AD)

AD是一种不可逆转的进行性神经退行性疾病。其神经病理学特征是细胞外β-淀粉样蛋白聚集成斑块、细胞内神经原纤维缠结与异常磷酸化tau蛋白和炎症，以及与乙酰胆碱活性降低相关的胆碱能系统缺陷。AD也被认为是痴呆症的主要原因。常规治疗基于抑制乙酰胆碱酯酶，只能延缓精神恶化的进展，减轻神经精神症状，但无法治愈AD。通过干细胞移植重新填充和重建丢失的神经元连接或回路可能是一种潜在的治疗方式。

薛等人。证明hAECs移植到APP/PS1AD小鼠的侧脑室可以增加实验小鼠海马胆碱能神经元的数量和海马乙酰胆碱的浓度。此外，植入hAEC的小鼠空间记忆能力显着改善。临床前数据表明，hAECs治疗AD的疗效可能主要依赖于促进胆碱能神经元存活和再生的旁分泌因子，最终导致空间记忆的改善。

人羊膜上皮细胞治疗多发性硬化症 (MS)

MS是中枢神经系统的一种慢性炎症性脱髓鞘疾病，其特征是神经元髓鞘的炎症和破坏，导致神经系统不同部分之间的通讯中断。有许多新型药物化合物对多发性硬化症有益，具有抗炎、髓鞘再生和神经保护作用；然而，严重的副作用是突出的。

值得注意的是，hAECs可以分泌许多NTFs，这些NTFs可以刺激髓鞘再生并保护少突胶质细胞免于凋亡，从而恢复和维持MS的神经功能。hAEC被证明可以产生抗炎因子和免疫抑制因子，它们是强免疫调节剂。因此，hAECs可能成为治疗多发性硬化症的有前景的细胞来源。

临床前研究表明，hAEC具有免疫调节、神经保护和髓鞘再生等有益作用，因此有望在治疗多发性硬化症的临床试验中发挥作用。

临床试验

人类羊膜长期以来被用于治疗各种损伤和疾病，包括急性角膜损伤、皮肤烧伤和糖尿病足溃疡。

近年来，源自人羊膜的hAEC也引起了广泛关注。目前， http://ClincalTrials.gov上列出了10项hAEC注册研究，其中一项试验调查CNS疾病。

此外，在澳大利亚新西兰临床试验注册处（http://www.anzctr.org.au）注册了四项hAEC的I期试验：

针对缺血性中风的ACTRN12618000076279 、针对支气管肺发育不良的ACTRN12614000174684和ACTRN12618000920291 ，以及针对肝硬化的ACTRN12616000437460。

针对缺血性中风的I期临床hAEC疗法旨在确定最大耐受剂量 (MTD) 并评估细胞安全性。招募15名中风患者并通过静脉输注注射hAEC。hAEC组15名患者的最终随访至今尚未完成。安全性和有效性将通过SAE的频率、影像学和免疫学检测进行评估。因此，需要更多的试验来评估和确定基于hAEC的治疗的安全性和临床益处。

结论

文献中越来越多的证据表明，干细胞疗法适用于与中枢神经系统细胞丢失和变性相关的疾病和病症。迄今为止，在各种干细胞来源中，hAEC似乎是细胞治疗的理想候选者，因为hAEC易于获得，不具有致瘤性和低免疫原性潜力，并且与其他干细胞来源相比在伦理上争议较小。 hAECs在治疗神经损伤和疾病方面存在多种潜在的治疗机制，如图2所示。

首先，hAEC具有分化成神经细胞类型的神经发生潜力。

其次，通过旁分泌机制，人羊膜上皮细胞可以分泌许多必需的细胞因子、NTF、生长因子、激素和/或神经递质，以促进神经存活和再生、轴突生长和突触重建，从而导致失去的神经元连接的重新支配和进一步恢复的神经功能。特别是外泌体，即30-150nm的细胞外囊泡，包括蛋白质、DNA片段、磷脂和RNA，介导各种生物功能，例如免疫反应、抗原呈递、细胞间通讯、蛋白质和RNA转移。外泌体还在神经系统中发挥重要作用，包括神经元发育、再生、突触功能和神经系统疾病的功能恢复。

目前，越来越多的文献表明，干细胞发挥的神经保护作用更可能归因于它们的旁分泌作用和抗炎反应。因此，人羊膜上皮细胞可能通过类似的机制发挥神经保护作用。需要更多的研究来明确人羊膜上皮细胞治疗神经系统疾病的机制。

参考资料：Huiming Xu, Jiaofei Zhang, Kam Sze Tsang, Hao Yang, Wei-Qiang Gao, “Therapeutic Potential of Human Amniotic Epithelial Cells on Injuries and Disorders in the Central Nervous System”, Stem Cells International, vol. 2019, Article ID 5432301, 11 pages, 2019. https://doi.org/10.1155/2019/5432301

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