神经干细胞移植治疗神经系统疾病的应用进展

同时还回顾了神经干细胞移植植入治疗动物模型和临床试验中各种神经缺陷和损伤的当前进展。最后，还讨论了神经干细胞移植衍生的潜在优化策略，并在不久的将来对神经干细胞移植的疗法的临床转化提出了紧迫的挑战。

最终结果得知如下：

• 神经干细胞移植是一种很有前途的治疗与神经系统相关疾病的方法，因为它们分泌可溶性因子并分化成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。
• 利用最近的技术进步，神经干细胞可以从三个不同的来源获得：从原代组织直接分离、从多能干细胞分化和从体细胞转分化。
• 神经干细胞移植的细胞疗法用于治疗动物模型和临床试验中的各种神经缺陷和损伤已得到广泛研究。

需要研究的问题

• 哪种神经干细胞推导策略对临床翻译最有效、最安全？
• 神经干细胞移植方法如何从临床前研究转化为临床试验？
• 在不久的将来，神经干细胞移植的疗法在临床转化有哪些优化策略和紧迫的挑战？

神经系统疾病是难治性疾病，可引起感觉丧失、运动功能丧失和记忆力减退，直接威胁患者生命。目前，这些疾病的致病因素及其发病机制尚不清楚。传统的药物治疗用于延缓疾病进展，不能恢复功能或再生组织。最近的研究表明，神经干细胞移植是治疗神经系统相关疾病、神经细胞再生和损伤部位微环境恢复的一种很有前途的治疗方式。图1)

神经干细胞分泌可溶性因子，包括神经营养因子、生长因子和细胞因子，从而保护现有的神经细胞免受原位损伤。此外，它们通过定向祖细胞阶段分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，以取代丢失的神经细胞。神经保护或细胞替代可通过神经再生帮助急性或慢性损伤后的神经功能恢复。

细胞来源是神经干细胞在临床治疗中应用的第一个必须解决的问题，因为足够移植所需的细胞剂量非常高。利用最近的技术进步，神经干细胞可以从三种不同的来源获得，包括从原代组织直接提取、从多能干细胞分化和从体细胞转分化（图2)。

利用最近的技术进步，神经干细胞可以通过三种不同的方法获得：直接从初级CNS组织中提取，包括胎儿大脑、成人大脑和脊髓组织；从多能干细胞分化而来，例如胚胎干细胞和诱导性多能干细胞；体细胞的转分化，如皮肤成纤维细胞、尿细胞和血细胞，这些细胞在临床上很容易采集。从上述来源产生的神经干细胞可以通过基因改造进一步永生化。

神经干细胞的分离和生成策略

从原代组织中分离和培养神经干细胞：细胞分离和细胞培养技术的建立导致了有利的实验方法的发展，并为 NSC 研究确定了丰富的细胞来源。

多能干细胞向神经干细胞的分化：多能干细胞，包括胚胎干细胞 (ESC) 和诱导多能干细胞 (iPSC)，可以通过分化产生所需的细胞，这是原代细胞分离的有吸引力的替代方法。一般来说，多能干细胞的神经分化方案可分为两大类：胚状体 (EB) 形成和单层培养。

体细胞向神经干细胞的转分化：术语转分化，也称为谱系重编程，最初由Selman和Kafatos于1974年创造。在此过程中，一种类型的成熟体细胞转化为另一种类型的成熟体细胞，而无需经历中间多能状态。该过程主要由谱系特异性转录因子 (TF) 的外源表达和化合物诱导。

TF诱导的转分化：Ding等人首先证明，多能性因子的瞬时表达与适当的神经信号输入相结合，可以成功诱导小鼠成纤维细胞形成可扩张的NSCs，这被称为诱导NSCs (iNSCs)。这一发现为通过病毒介导的外源基因表达后的直接细胞转分化来产生NSC提供了一种新策略。

神经干细胞移植治疗神经系统疾病的进展

什么是神经退行性疾病：神经退行性疾病是由大脑或脊髓中的神经或神经胶质细胞缺陷引起的，导致记忆力减退、认知障碍、痴呆或身体运动障碍，主要包括肌萎缩侧索硬化症（ALS）、帕金森病（PD）、阿尔茨海默病（ AD) 和亨廷顿病 (HD)。

神经干细胞移植治疗渐冻症

渐冻症的特征是大脑皮层、脑干​​和脊髓中运动神经元的退化和丧失，从而导致肌肉萎缩、虚弱，并最终在5年内死亡。人类神经干细胞分泌神经胶质细胞系衍生的神经营养因子和脑衍生的神经营养因子，在ALS转基因大鼠模型中诱导运动神经元的再生。

此外，人iPSCs衍生的NSCs在鞘内或静脉注射后有效改善神经肌肉和运动单位的功能，并显着延长ALS小鼠的寿命。除了动物模型，神经干细胞移植治疗渐冻症多年来一直处于临床试验阶段。临床结果表明这种通过脊髓注射的治疗方法是安全的。

大量的研究也证实神经干细胞移植在治疗渐冻症上具有潜在的治疗效果。

美国的一项正在进行的临床实验分别往12例ALS患者脊柱内注射神经干细胞，临床评估显示在注射后的第6个月到第18个月，疾病恶化明显延缓，安全性也有所保障，

后续研究仍在进行2016年，该团队对椎管移植神经干细胞的患者进行跟踪研究报道，结果显示部分移植的细胞分化成神经元，并有部分仍保留其干细胞表型；直至移植后2.5年仍检测到有移植的细胞存活。

神经干细胞移植治疗帕金森病

帕金森病是一种以黑质致密部及其纹状体末端多巴胺神经元丢失为特征的疾病。在PD动物模型中，移植的人神经干细胞刺激大鼠星形胶质细胞的去分化和外源生长因子的分泌，从而抑制小胶质细胞的活化并通过调节病变微环境来减缓PD进展。

迄今为止，一份报告已证实人类神经干细胞 (NSCs) 可以成功植入啮齿动物和非人灵长类PD模型的大脑中，长期存活并增加多巴胺水平。此外，研究神经干细胞致瘤潜力几乎忽略不计，并且可安全用于临床应用，因此支持批准基于神经干细胞移植治疗帕金森病的I/IIa期研究。

陆明与其医疗团队对36例PD患者通过自体神经干细胞移植的方法治疗随访12个月后，治疗总有效率为81.48％，其中显著改善为37.04％，有效改善为44.44％，无效率为18.52％。

李强与其医疗团队对病程4-13年的13名PD患者通过提取6-12周流产胎儿的胚胎组织分离并培养后由鞘内注射干细胞的方法在治疗后记录1H，３天，７天，30天及60天后的UPDRS总体下降8.1％－49.3％，时间越长效果越明显，说过此疗法远期效果显著。

经过比较，外体神经干细胞移植的治疗效果明显优于自体神经干细胞移植，通过以上相关团队不同医疗方法来年，神经干细胞移植术后，帕金森病患者临床症状有很大改善，生活质量显著提高。

神经干细胞移植治疗阿尔茨海默病

AD的特征是可溶性和不可溶性淀粉样蛋白β肽水平升高。还有报道称，AD患者的海马神经元线粒体水平降低。将外源性神经干细胞移植到转基因AD小鼠中会导致线粒体数量和线粒体相关蛋白表达的显着增加，以及改善小鼠认知功能的。

神经干细胞移植治疗亨廷顿病

HD是一种常染色体显性遗传病，可引起尾状核萎缩，以不自主的舞蹈动作、认知障碍和情绪障碍为特征。通过将喹啉酸注射到啮齿动物和灵长类动物的纹状体中来模拟兴奋性毒性，可以建立动物HD模型。人类胎儿神经干细胞在移植到大鼠纹状体后可以分化为神经元和星形胶质细胞，部分引起HD大鼠的行为和解剖学恢复。

21世纪初，有研究者将流产胎儿的脑细胞移植给HD患者，跟踪研究显示，移植的外源细胞在患者脑损伤区域存活并检测到分化，患者的运动能力及认知能力也得到提升。

神经干细胞移植治疗脊髓损伤

脊髓损伤 (SCI) 是一种严重的身体损伤，通常会导致严重的运动功能丧失和继发性损伤。目前尚无有效的SCI常规治疗方法，但在SCI小鼠模型中神经干细胞移植可显着改善运动功能恢复，从而表明神经干细胞可以在体内存活、分化和改变早期慢性损伤部位的微环境。

一项胎儿脑神经干细胞移植入19例创伤性颈椎SCI患者的I/IIa期临床试验中，17例1年后感觉运动功能恢复，2例运动完全但感觉恢复不完全。没有电线损坏的迹象；空洞或肿瘤形成；神经功能恶化；并加剧神经性疼痛或痉挛。

神经干细胞移植治疗中风

中风是一种急性脑血管疾病，包括缺血性和出血性中风。据报道，移植的小鼠iPSC来源或人胎儿来源的NSC系可在缺血性和出血性中风动物模型中提供神经营养因子并增加血管生成和神经生成。

在开创性工作中，英国已经启动了使用CTX0E03（一种永生化人类NSC系）治疗缺血性中风的I/II期临床试验。招募了13名男性参加I期试验，其中单剂量高达2000万个细胞通过立体定向同侧壳核注射植入，虽然神经功能得到改善，但未观察到不良事件。基于I期试验的结果，II期试验启动并仍在进行中。

神经干细胞移植治疗创伤性脑损伤

创伤性脑损伤（TBI）的主要机制分为局灶性脑损伤和弥漫性脑损伤，分别对应接触性损伤类型和加速/减速损伤类型。TBI极有可能导致认知和记忆缺陷以及运动障碍。先前的研究得出结论，神经干细胞移植可以稳定TBI后的皮质微环境。

神经干细胞移植治疗癫痫

癫痫是中枢神经系统兴奋和抑制失衡导致的大脑神经元异常放电；这种失衡导致短暂的脑功能障碍，这主要与离子通道神经递质和神经胶质细胞的变化有关。近30%的颞叶癫痫 (TLE) 患者对抗癫痫药物有耐药性。目前的报告表明，神经干细胞移植可以抑制自发性癫痫发作。

神经干细胞移植治疗脑瘫

脑瘫(CP)是一组出现在儿童早期的永久性运动障碍，是由于发育中的中枢神经系统形成非进行性病变所致。目前CP治疗包括许多措施，但这些治疗方法均不能治愈CP患者。近年来，对神经干细胞移植治疗脑瘫的安全性和有效性进行了评估。根据目前的研究，移植血管内皮生长因子转导的神经干细胞可以部分减缓脑损伤，并对缺氧介导的CP新生大鼠具有神经保护作用，从而为CP治疗提供了一种新的潜在策略。

在临床上，已发现将流产的胎儿组织来源的神经干细胞注射到脑瘫患儿的侧脑室后，运动发育和认知显着加快。

神经干细胞移植治疗新生儿缺氧缺血性脑病

缺氧缺血性脑病 (HIE) 是一种在整个大脑未完全缺乏足够氧气供应时发生的病症。最近的研究表明，通过NSC移植对新生儿脑病进行轻度低温治疗可以减缓疾病进展并预防与HIE相关的长期损害。

基于这些临床前研究，需要付出很多努力来转化神经干细胞移植技术，以便在涉及HIE患者的临床试验中进行评估。表3总结了神经干细胞移植治疗各种疾病的临床试验。

状况	移植细胞	状态/干预结果	阶段	地点	开始年份
肌萎缩侧索硬化	脊髓来源的神经干细胞	单侧和双侧椎管内腰椎显微注射安全	第一阶段	美国	2011年
肌萎缩侧索硬化	脊髓来源的神经干细胞	没有研究结果	二期	美国	2012
肌萎缩侧索硬化	胎儿脑源性神经干细胞	改善胫骨前肌	第一阶段	意大利	2012
肌萎缩侧索硬化	CNS10-NPC-GDNF	招聘中	第一阶段	美国	2016年
帕金森病	孤雌生殖干细胞来源的神经干细胞	招聘中	第一阶段	澳大利亚	2015年
帕金森病	ESC 衍生的 NPC	招聘中	第一/二期	中国	2017年
帕金森病	胎儿脑源性神经干细胞	邀请函	第二/第三阶段	中国	2017年
多发性硬化症	MSC 衍生的 NPC	主动，不招人	第一阶段	美国	2013
脊髓损伤	胎儿脑源性 NSPCs	安全且耐受性良好	第一/二期	韩国	2005年
脊髓损伤	MSCs 衍生的 NSCs	主动，不招人	第一/二期	俄罗斯	2014
脊髓损伤	脊髓来源的神经干细胞	招聘中	第一阶段	美国	2013
脊髓损伤	中枢神经系统干细胞	终止，无研究结果	二期	美国、加拿大	2014
脊髓损伤	NSC 与支架相结合	招聘中	第一/二期	中国	2016年
脊髓损伤	中枢神经系统干细胞	没有研究结果	第一/二期	加拿大、瑞士	2011年
中风	CTX0E03	改善神经功能，无不良事件	第一阶段	英国	2010
中风	CTX0E03	主动，不招人	二期	英国	2014
脑瘫	胎儿脑源性NPC	改善功能发育，无延迟并发症	北美	中国	2005年
脑瘫	胎儿脑源性神经干细胞	有不同程度好转，无严重不良反应	北美	中国	2005年
脑瘫	骨髓间充质干细胞衍生的神经干细胞样细胞	运动功能的最佳改善	北美	中国	2010
脑瘫	神经干细胞	主动，不招人	北美	中国	2016年
HIE	具有来自 MSC 的旁分泌因子的 NPC	招聘中	北美	中国	2014
医学博士	中枢神经系统干细胞	没有研究结果	第一/二期	美国	2012
下肢缺血	CTX0E03	主动，不招人	第一阶段	英国	2013
胶质瘤	表达大肠杆菌 CD的 NSC	没有研究结果	第一阶段	美国	2010
胶质瘤	表达大肠杆菌 CD的 NSC	招聘中	第一阶段	美国	2013
胶质瘤	表达羧酸酯酶的神经干细胞	招聘中	第一阶段	美国	2014
胶质瘤	载有溶瘤腺病毒的 NSC	招聘中	第一阶段	美国	2017年
GBM	NPCs	主动，不招人	第一阶段	美国	2011年
IBM	神经干细胞	终止，无研究结果	第三阶段	美国	2007年