间充质干细胞治疗脑小血管疾病的潜力

脑小血管病（CSVD）是一种最常见的慢性进行性脑血管疾病，是一种严重的神经系统疾病，其发病机制尚不清楚。该疾病是中风、血管性认知障碍和痴呆的主要原因，约占中风的20%，其中包括25%的缺血性中风和45%的痴呆。毫无疑问，脑小血管病的高发病率和不良预后给社会带来了沉重的经济和医疗负担。

目前脑小血管病的治疗重点是血管危险因素的管理。尽管血管危险因素可能是CSVD的重要原因或加速器，并且应始终按照最佳临床实践进行治疗，但仅控制危险因素并不能遏制CSVD脑损伤的进展。因此，迫切需要制定更安全、更有效的脑小血管病治疗策略。

最近，间充质干细胞（MSC）疗法由于其旁分泌特性和免疫调节作用，已成为治疗中枢神经系统疾病的新兴治疗方式。在此，我们讨论了间充质干细胞治疗脑小血管病的潜力，旨在使临床医生和研究人员了解该领域的最新进展和未来方向。

总结

• 脑小血管疾病会导致衰老、中风和痴呆。
• 目前，尚无治疗方法可以延缓脑小血管疾病的进展。
• 间充质干细胞可以保护神经元、脑微血管和白质。
• 干细胞疗法可能对脑小血管疾病有良好的治疗效果

一、简介

脑小血管病（CSVD），顾名思义，是一组影响大脑小血管的病理过程，包括动脉、小动脉、小静脉和毛细血管。作为一种老龄化大脑的地方性疾病，脑小血管病位列第二位，仅次于阿尔茨海默病（AD），导致全球至少45%的痴呆症和所有急性缺血性中风的25%，其中大部分是腔隙性脑梗塞。

脑小血管病具有极其多样化的特征，包括无症状和症状脑小血管病（认知衰退、血管性痴呆、情绪障碍、步态问题和行动障碍）。由于直接观察脑小血管的困难，脑小血管病主要通过神经影像学异常来诊断，如白质高信号（WMH）、脑微出血（CMB）、血管周围间隙扩大、微梗死和脑萎缩。灌注不足、内皮功能障碍和血脑屏障 (BBB) 破坏被认为是CSVD的重要病理学，与血管危险因素相关，特别是衰老、高血压和吸烟（图1）。

尽管如此，脑小血管病的确切起源尚不清楚，这限制了其治疗。脑小血管病的治疗主要通过控制血管危险因素，包括戒烟和药物干预。研究表明，抗血小板治疗可以使脑小血管病患者显着受益。然而，脑小血管病与其他血管危险因素之间的关系仍不确定。例如，低胆固醇水平可能会增加CMB风险。此外，患有中年高血压和舒张压较低的参与者表现出记忆力受损。此外，血糖管理不适合无神经系统症状的1型糖尿病患者的CSVD治疗。

BBB：血脑屏障；BCSFB：血脑脊液屏障；CSVD：脑小血管病；EC：内皮细胞；WMH：白质高信号；SMC：平滑肌细胞。

间充质干细胞（MSC）是具有多谱系分化和自我更新能力的基质细胞。间充质干细胞疗法因其多样化的潜力、免疫调节作用和旁分泌能力，在大约二十年来引起了组织工程和再生医学领域的广泛关注。间充质干细胞在治疗各种神经系统疾病，包括脑血管疾病和神经退行性疾病方面具有巨大潜力。本综述旨在评估间充质干细胞治疗脑小血管病的潜力和潜在机制。

间充质干细胞治疗神经系统疾病的机制

间充质干细胞因其独特的生物学特性而备受关注。

• 首先，间充质干细胞在特定的体外条件下可以多向发育为所有三个胚层谱系，例如神经元、内皮细胞、脂肪细胞、胰岛细胞。
• 其次，间充质干细胞可以通过细胞间接触和可溶性因子的旁分泌信号改变免疫细胞（如T淋巴细胞和树突状细胞）的命运来抑制免疫反应。
• 第三，各种生物活性分子，如生长因子、细胞因子和趋化因子，在多种治疗应用中对MSC发挥作用。间充质干细胞还具有抗炎、抗氧化和抗凋亡特性。因此，间充质干细胞可以促进血管生成、神经保护和白质保护，从而可用于治疗神经系统疾病。

此外，研究表明间充质干细胞在治疗脑血管疾病、神经退行性疾病（NDD）、自身免疫性脱髓鞘疾病和脊髓损伤（SCI）方面具有巨大的治疗潜力。然而，间充质干细胞治疗脑小血管病的疗效和机制尚不清楚。间充质干细胞治疗脑小血管病的潜在治疗机制将在下文讨论。

间充质干细胞归巢

由于归巢，间充质干细胞被捕获在组织的脉管系统内，然后穿过内皮细胞。间充质干细胞表达一组趋化因子受体，促进其向外周组织迁移，同时在检测到炎症细胞因子的变化时分泌蛋白酶以促进其跨内皮迁移。

研究提供的证据表明间充质干细胞表现出向受损脑组织定向迁移的能力。基质细胞衍生因子1 (SDF-1)/CXC 趋化因子受体4 (CXCR4) 信号通路指导MSC迁移。沿缺血边界区，趋化因子SDF-1显着过度表达，从而通过MSC上CXCR4（SDF-1受体）的上调引导BMSC进入受损脑部。

MSC归巢还受到神经生长因子/酪氨酸激酶受体1型的影响，其激活核因子红细胞2相关因子2通路，促进缺血性中风中MSC的迁移和粘附。此外，当ROCK受到腺病毒干扰时，MSC跨内皮迁移显着增加。然而，可以通过抑制MSC中的PI3K来阻断跨内皮迁移。

间充质干细胞可以通过静脉输注、动脉输注、腹腔输注、鞘内输注、脑室内输注、局部脑内输注等方式注射到啮齿类动物体内。然而，有些注射的细胞不能穿过中枢神经系统（CNS）的屏障，因此无法通过注射。机械地囚禁在周围器官中。多种物理技术可用于分解BBB，例如电刺激（调节SDF-1α）和超声靶向微泡 (MB)，并促进MSC归巢至受伤部位。

血管生成

血管生成在脑损伤的内源性修复中起着至关重要的作用。多项研究表明，移植的间充质干细胞对血管生成有不同的影响。

内皮细胞（EC）对于血管的形成是必需的。值得注意的是，MSCs可以在体外和体内分化成EC 。MSC还可以分泌多种可溶性因子来诱导血管生成，包括血管内皮生长因子（VEGF）、缺氧诱导因子（HIF）-1α、血管生成素-1（Ang-1）、SDF-1等。MSCs分泌的SDF-1通过CXCR4/PI3K/AKT途径增强内皮祖细胞的迁移来修复受损的内皮细胞。同时，IL-1β通过MSC参与调节HIF-1α和VEGF的表达，从而促进脑卒中大鼠的血管生成。值得注意的是，源自MSC的小细胞外囊泡 (sEV) 和外泌体 (Exos) 通过调节特定 miRNA（包括 miR-132、miR-146a、miR-126 和 miR-202-3p）促进血管生成。

MSC还可以通过调节脑损伤后EC的细胞死亡来促进血管生成。通过将其功能性线粒体转移到体内和体外受损的内皮细胞中，间充质干细胞可以挽救有氧呼吸并保护内皮细胞免于凋亡。

神经保护

间充质干细胞显着影响神经元再生。间充质干细胞在体外特定条件下可以分化为神经元。然而，体内试验表明移植的间充质干细胞可能不会分化为神经元。此外，间充质干细胞可以调节神经祖细胞（NPC）的命运。MSC产生的趋化因子SDF-1和多唾液酸化酶促进脑缺血大鼠内源性NPC迁移。MSCs-sEVs可以传递miR-21-5p和miR-486-5p，通过抑制海马神经干细胞中的EphA4、CDKN2C和FoxO1来促进神经发生。

MSCs的分泌蛋白组含有多种促进宿主神经元存活和再生的营养因子，包括脑源性神经营养因子（BDNF）、胶质源性神经营养因子（GDNF）、神经生长因子（NGF）、肝细胞生长因子、VEGF等。VEGF 和GDNF水平的提高显着增加心室下和皮质细胞的增殖，尤其是星形胶质细胞的增殖。

间充质干细胞可以通过防止细胞凋亡来保护神经元。

免疫调节和抗炎

间充质干细胞具有强大的免疫调节特性，可以旁分泌方式调节参与组织修复和再生的所有免疫细胞的表型和功能。间充质干细胞可以通过降低树突状细胞的抗原呈递功能、抑制淋巴细胞和自然杀伤细胞的增殖、灭活效应T细胞以及通过CD200-CD200R1信号通路部分灭活小胶质细胞来调节免疫反应。

间充质干细胞通过靶向小胶质细胞（中枢神经系统的先天免疫细胞）来调节神经炎症。小胶质细胞激活后可极化为促炎M1型和抗炎M2型。MSC可以通过抑制促炎细胞因子和从M2到M1表型的转变，减少亚急性梗塞周围区域的BBB破坏和细胞凋亡 。通过调节小胶质细胞极化，MSCs-Exos抑制NLRP3介导的炎症和细胞焦亡，改善大脑中的I/R损伤。

MSC可以通过旁分泌各种miRNA（例如miR-202–3p、miR-146a-5p 和 miR-542–3p）来调节小胶质细胞介导的神经炎症。MiR-146a-5p通过抑制IRAK1/TRAF6信号通路来减少缺血性中风后小胶质细胞介导的神经炎症。

Aβ清除和tau过度磷酸化减少

AD的发病机制与多种因素有关，包括β淀粉样蛋白（Aβ）稳态失调，这是一个早期启动因素。Aβ寡聚物会引起一系列事件，导致炎症和广泛的神经元和突触功能障碍。研究发现间充质干细胞通过清除Aβ、抑制氧化应激、抑制炎症反应、改善神经突生长和突触损失等来促进AD大鼠神经认知功能的恢复。MSC不仅能抑制AD小鼠的Aβ斑块和炎症，还能激活AD小鼠的Aβ降解酶，从而增强Aβ沉积的清除。

Tau蛋白过度磷酸化是AD的第二个病理标志，构成神经原纤维缠结。间充质干细胞的脑内移植通过灭活 GSK-3β显着降低了Ser202/Thr205和Ser396位点的tau过度磷酸化。脑室内注射 MSC 可以通过半乳糖凝集素3分泌抑制tau在 Thr181、Thr231、Ser396和Ser404位点的异常聚集。

除了针对AD的经典特征外，MSC还可以靶向星形胶质细胞，以减轻AD中的Aβ降解、神经炎症和突触功能障碍。

白质保护

髓鞘再生是MSC治疗多发性硬化症 (MS) 的关键机制之一，多发性硬化症是一种常见的中枢神经系统脱髓鞘疾病。少突胶质细胞是髓鞘的组成部分，为轴突提供支持和保护。MSC已被证明可以通过减少少突胶质细胞中的DNA损伤并增加脊髓中的髓鞘形成来减轻患有实验性自身免疫性脑脊髓炎的小鼠的运动障碍。

抗氧化剂

间充质干细胞还通过抵抗氧化应激发挥神经保护作用。MSC移植恢复氧化/抗氧化失衡，从而抑制氧化应激。然而，SRC3缺陷的MSCs的抗氧化应激作用显着降低，表明SRC3可以控制氧化应激的程度。此外，间充质干细胞可以增加中风患者参与谷胱甘肽合成的关键酶的表达，从而增强抗氧化作用。MSC还可以通过调节UBIAD1来减少线粒体损伤并恢复氧化剂和抗氧化剂之间的平衡。

间充质干细胞治疗脑小血管病的可能机制

慢性脑灌注不足被认为是脑小血管疾病（CSVD）的关键机制，可能触发与缺氧、炎症和血脑屏障破坏相关的关键通路。这些过程最终会导致神经血管单元（NVU）的结构损伤和功能障碍。NVU代表包含血管细胞、外周细胞外基质、神经胶质细胞和神经元的结构实体。这一基本实体通过协调大脑内血液供应的调节和保护间质环境，在维持大脑稳态方面发挥着关键作用。NVU的紊乱在CSVD的病理生理学中发挥着至关重要的作用，因为它破坏了异常脑物质的清除并阻碍了脑血流 (CBF) 的调节。此外，CBF减少与WMH相关，这是CSVD的关键特征之一。

除了脑灌注不足之外，血压升高是脑小血管病的重要危险因素，也会对神经血管单位产生有害影响。脑血管疾病（CSVD）动物模型可以通过闭塞颅内供血血管诱导脑灌注不足，或通过选育、基因突变或手术干预诱导高血压来创建。

越来越多的证据表明间充质干细胞可能通过保护NVU在脑小血管病中发挥治疗作用。在2支血管闭塞（2-VO）大鼠中，MSC治疗可以通过减少小胶质细胞中MMP-2的表达来抑制白质病变形成，并通过上调海马GABA能系统来减轻认知障碍。MMP-2由激活的小胶质细胞释放，导致BBB破坏和随后的白质病变。研究发现TSA和MSC联合使用可通过抑制海马神经元凋亡、减少tau磷酸化和增强中枢胆碱能系统活性来改善4-VO大鼠的学习和记忆功能。Tau磷酸化可能有助于AD患者的局部WMH（脑小血管病的标志物）。

上述研究表明，间充质干细胞具有治疗脑小血管病的潜力，如动物模型实验所证明的那样（图2）。

MSC治疗可以调节神经血管单元的不同细胞成分，调节神经递质系统并减少异常产生。

结论与展望

目前尚无有效延缓脑小血管病进展的治疗方案。多项研究表明间充质干细胞疗法是一种有前途的治疗脑小血管病的方法。间充质干细胞移植的治疗优势在于其特殊的生物学功能，包括分化为多种谱系并分泌多种生物活性因子来诱导受损组织的修复。尽管如此，还需要更多的动物研究来确定间充质干细胞治疗脑小血管病的确切潜在机制。

此外，还需要临床研究来证实MSC的治疗效果。此外，MSC可以从多种来源获得，因此应确定适合CSVD研究的MSC细胞类型。

参考资料：Chen DH, Huang JR, Su SL, Chen Q, Wu BY. Therapeutic potential of mesenchymal stem cells for cerebral small vessel disease. Regen Ther. 2024 Feb 22;25:377-386. doi: 10.1016/j.reth.2023.11.002. PMID: 38414558; PMCID: PMC10899004.

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