神经干细胞移植治疗缺血性卒中的作用

缺血性脑卒中是威胁人类健康的主要疾病之一， 具有高发病率、高致残率和高病死率等特点。

静脉溶栓治疗和血管内治疗是目前治疗急性脑梗死最有效的方法，但治疗时间窗短，易出现出血并发症结果却不尽如人意。不同类型的干细胞如胚胎干细胞（ESCs）、 间充质干细胞、诱导性多能干细胞和神经干细胞（NSCs），作为缺血性卒中后的细胞替代疗法被广泛研究，使脑梗死患者的神经修复成为可能。

神经干细胞作为一种具有自我更新能力的多能细胞，主要通过以下两种方式治疗缺血性卒中：

（1）通过内源性神经再生使神经细胞活化；

（2）通过外源性神经干细胞移植，发挥细胞替代和旁分泌效应等多 种功能，促进神经再生与修复。本文对神经干细胞移植治疗缺血性卒中的作用综述如下。

神经干细胞的概述

神经干细胞可分化为神经细胞、胶质细胞和少突胶质细胞等，在脑缺血治疗中发挥重要作用。神经干细胞可以通过以下3种方式获得：

• （1）从胚胎或成年的脑组织中获得。在成年哺乳动物中，神经再生主要出现在含有大量NSCs的“niches”脑区，包括海马齿状回亚颗粒区（SGZ）和侧脑室的室管膜下区（SVZ）。但胚胎或成年脑组织中的神经干细胞含量和增殖能力有限，不适于大规模应用 。
• （2）利用诱导性多能干细胞技术诱导获得。通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重新编程为神经干细胞，从而避免移植后的免疫排斥反 应。其与胚胎干细胞相比，产生的伦理问题更少。但诱 导性多能干细胞在诱导过程中可能会产生基因突变，导致基因组的不稳定，移植到体内后具有致瘤的风险。
• （3）通过诱导胚胎干细胞分化获得。胚胎干细胞是早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，通过激活相关基因（如ZFP57），可使其分化为NSCs。但胚胎干细胞来源少，移植后容易产生免疫 排斥反应，同时，该获取方式存在一定的伦理问题。

缺血性卒中后激活内源性神经发生

缺血性卒中会引发一系列病理生理级联反应， 如兴奋性毒性、线粒体功能障碍、蛋白质异常折叠、 氧化应激和炎性反应等，最终导致神经细胞变性和死亡。上述反应会加重脑损伤，但缺血性卒中也刺激SVZ和SGZ中的神经发生，有利于大脑神经损伤的恢复。在全脑或局灶性脑缺血后，SVZ中的NSCs可发生增殖，迁移至脑损伤区域，分化为成熟神经细胞。成年哺乳动物SVZ和SGZ中的神经干细胞在缺血性卒中后2～5d开始增殖，7~8d时增殖能力达到峰值，并持续约30d。

Liu等对沙土鼠短暂全脑缺血模型进行研究发现，缺血后第26天，脑内开始出现具有神经细胞特征的新生细胞，从SGZ迁移到颗粒细胞层，可至少存活7个月。

Krｅuzbｅrｇ等发现， 大鼠大脑中动脉闭塞（MCAO）后能诱导来源于SVZ的成神经细胞迁移至皮质，并分化为成熟的神经细胞。有研究结果表明， 基质细胞衍生因子1是成神经细胞迁移的主要调节因子，通过与趋化因子（C-X-C基序）受体4相互作用，调节成神经细胞的迁移，当发生缺血性卒中后，SVZ中的神经祖细胞可能通过激活基质细胞衍生因子1-趋化因子（C-X-C基序）受体4信号通路，破坏SVZ中神经干细胞的正常迁移模式，导致神经干细胞向损伤区域迁移，从而促进缺血损伤区域的自我修复。上述研究结果表明，SVZ中的神经干细胞在缺血性卒中后被激活，并在不同的信号因子诱导下发生增殖和迁移，替代死亡的神经细胞，但即使缺血性卒中后神经干细胞可以分化为新生神经细胞，其在脑缺血灶中仍难以存活。

神经干细胞移植对缺血性卒中后内源性神经再生的影响

内源性神经干细胞大多不能修复或替代缺血损伤的神经细胞，因此，移植外源性神经干细胞辅助内源性神经干细胞的发生，可能是改善缺血性卒中后神经损伤的一种有效方法。选择合适的移植方式对于提高缺血性卒中后神经干细胞移植的治疗效果至关重要。

研究表明，在不同的神经干细胞移植途径中，局部（脑内或脑室内）注射对内源性神经发生的影响最为显著。通过静脉途径移植神经干细胞对内源性神经再生的刺激弱于局部移植，缺血脑实质内无法有效积聚神经干细胞。在光化学诱导的缺血性卒中24h后，通过尾静脉将小鼠胚胎干细胞来源的神经干细胞移植到免疫抑制的大鼠体内，结果表明，神经干细胞移植对缺血性卒中后SVZ的神经发生并未产生影响，海马齿状回新生神经细胞反而减少。局部注射外源性神经干细胞可使大量神经干细胞存活， 移植区域神经营养因子的浓度提高，有利于内源性神经再生。

在缺血性卒中不同时期，将神经干细胞直接移植到缺血脑实质，可有效刺激大鼠的内源性神经发生，减轻 缺血性损伤。

因此，外源性神经干细胞的移植可以刺激或增强缺血性卒中后的内源性神经发生，提高缺血性卒中后迁移至缺血损伤区域的神经干细胞存活率，从而有效改善神经功能。

神经干细胞移植缺血性卒中后的神经保护作用机制

神经干细胞移植到体内主要通过两种方式发挥神经保护作用，即

• （1）直接作用：参与中枢神经系统的功能性神经替代；
• （2）间接作用：旁分泌效应，即神经干细胞合成治疗性基因产物，在脑损伤后为宿主脑组织提供神经营养支持，抑制炎性反应，增强内源性修复作用等，从而促进脑损伤后神经功能恢复。

细胞替代作用

通过神经发生直接替代受损的神经细胞是神经干细胞移植治疗卒中患者康复的主要机制。Jin等在大鼠一侧大脑中动脉远端闭塞3周后，将生物材料包裹的来源于人胚胎干细胞的神经祖细胞原位移植到大脑皮质梗死区，8周后发现，大鼠的皮质梗死体积缩小，运动和感觉功能改善，空间学习和记忆能力增强，其作用可能与部分神经干细胞分化为成熟神经细胞，从而替代受损神经细胞有关。此外，移植的神经干细胞可与脑内神经细胞建立纤维联系，改善缺血性卒中大鼠的神经功能。

上述研究表明，移植的神经干细胞可以通过细胞替代作用，构建新的神经网络，对缺血性卒中的治疗产生有益影响。但由于移植细胞的存活总数远低于卒中导致的神经细胞损失数量，因此提高移植细胞的存活率以及分化为神经细胞的能力至关重要。目前可供选择的方式包括选择合适的免疫抑制剂，应用辅助药物改善移植区微环境和优化供受体的选择以及与转基因技术的结合，给予外源性营养因子等，未来可在优化干细胞的基因序列、载体连接、蛋白质重组技术诱导神经干细胞分化等方面开展研究。

旁分泌效应

移植后的神经干细胞需要分化为功能性神经细胞并整合到宿主的神经回路中才能改善神经功能。 然而，有研究表明，在神经干细胞移植后，即使没有分化为神经细胞，或移植后分化的成熟神经细胞数量有限，神经干细胞仍产生和分泌各种免疫因子和神经营养因子，从而改善神经功能。多项动物模型的卒中临床前研究结果显示，神经干细胞通过抑制炎性级联反应发挥修复作用。

此外，移植的神经干细胞细胞分泌的神经营养因子，如胶质细胞源性神经营养因子、神经生长因子和脑源性神经营养因子，可以为损伤的脑实质提供营养支持，促进神经功能修复。

综上所述，作为一种具有自我更新能力的多能细胞，神经干细胞可分化为不同类型的神经细胞，在缺血性卒中后的神经功能修复中发挥作用。缺血性卒中后给予外源性神经干细胞，可以在急性期发挥神经保护作用，可在慢性期替代已损伤的组织。因此，深入研究神经干细胞移植后在缺血性卒中的修复作用及其机制，将为干细胞移植的临床转化提供有力的证据。

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