干细胞治疗慢性脊髓损伤的临床概念

脊髓损伤 (SCI) 是一种毁灭性事件，可能对患者及其家人造成身体、社会心理和职业方面的影响。在美国，估计约有288,000人患有SCI引起的症状，最近的一项调查显示SCI的年发病率约为每百万人54例。在世界范围内，估计SCI的发病率在每年250,000–500,000人之间。大多数神经再生疗法都集中在治疗急性或亚急性期的患者。在急性至亚急性期，可挽救的神经元细胞可能仍然存在，胶质瘢痕尚未形成。不幸的是，95% 的SCI患者处于损伤的慢性期。

尽管存在这种迫切需求，但开发有效治疗慢性 SCI 的最大挑战之一是损伤脊髓的抑制性微环境。SCI后，星形胶质细胞激活、增殖并迁移到病灶周围区域，在那里它们形成致密的交织过程网络，并将硫酸软骨素蛋白多糖 (CSPG) 沉积到细胞外基质中。营养不良的轴突围绕损伤震中，并被困在疤痕组织的致密网状结构中。

各种细胞群可用于治疗慢性SCI。同时，世界各地正在进行多项使用干细胞的临床试验 [ClinicalTrials.gov。在线提供：https ://www.clinicaltrials.gov。其中，外源性神经干细胞 (NSC) 疗法特别有前途，因为这些细胞有可能分化成所有三种神经胶质细胞谱系（即神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞），以再生神经回路、使裸露的轴突再髓鞘化并提供营养支持的内源性细胞。

本综述总结了使用干细胞和其他联合疗法治疗慢性脊髓损伤的临床前和临床研究的最新见解。

基于细胞的疗法和干细胞的特性

在受损脊髓的病变处，构成神经回路的神经元和神经胶质细胞死亡，以及负责维持其功能的细胞丢失，是功能障碍的主要原因。脊髓损伤后细胞死亡的机制被描述为病变震中的初始坏死波，随后通过坏死和细胞凋亡机制在邻近组织中出现延迟阶段的细胞死亡。干细胞由其自我更新能力和全能性来定义。多能干细胞分化成三个胚层的多能细胞。在SCI再生治疗领域，成体干细胞相对于胚胎干细胞在伦理上具有重要优势，因为它们存在于成人、儿童和脐带中。可以在不破坏胚胎的情况下收获它们。

NSCs、间充质干细胞 (MSCs) 和从包括iPSC在内的各种组织收获的雪旺细胞的移植被报道为慢性 SCI 的细胞疗法。

将细胞移植到受伤的脊髓中是治疗慢性SCI的明显策略，用于重新填充内源性再生过程未补充的细胞。先前的报告显示，移植细胞不仅通过重新填充细胞起作用，而且还通过将移植部位调节到更适宜的环境中，从而防止神经细胞脱髓鞘和凋亡（图2和图3）。

源自移植干细胞的神经元和中间神经元在宿主神经元和轴突之间形成新的突触回路和连接。
移植干细胞分泌神经营养因子，改善实验性 SCI 后的形态学和行为结果。
来自移植干细胞的少突胶质细胞使受损的宿主轴突再髓鞘化。
再生和再髓鞘化的轴突通过受伤的病变并连接到由移植干细胞衍生的中间神经元和神经胶质细胞支持的其他宿主神经元。

于细胞的转化疗法已经尝试使用几种类型的干细胞来诱导神经轴突发芽或中和生长抑制因子。我们展示了正在进行的临床试验 [ClinicalTrials.gov。在线提供：https ://www.clinicaltrials.gov//目前针对表1中的慢性SCI和表2中鉴于其有希望的临床前结果的未来临床应用的优秀候选人。

表1. 目前正在进行的针对慢性SCI的临床试验和重要的已完成临床试验。

标识符	研究题目	阶段	受试者（参与者）	细胞疗法	给药途径	组合
NCT03979742	用碳酸锂或安慰剂将脐带血细胞移植到受伤的脊髓中，然后进行运动训练	阶段2	27	U 血液单核干细胞	移植到受伤的脊髓中	口服碳酸锂 运动训练
NCT03521323	早期慢性脊髓损伤患者的UC-MSC鞘内移植	阶段2	66	脐带间充质干细胞	鞘内
NCT03505034	慢性脊髓损伤晚期患者的UC-MSC鞘内移植	阶段2	43	脐带间充质干细胞	鞘内
NCT04213131	hUC-MSCs和hUCB-MSCs治疗慢性脊髓损伤的疗效和安全性	不适用	42	hUC-MSC 和 hUCB-MSC	移植到受伤的脊髓中
NCT04205019	脊髓损伤中的安全干细胞	阶段1	10	神经细胞（含有自体新鲜干细胞的产品）	鞘内
NCT01676441	自体间充质 干细胞治疗慢性脊髓损伤的安全性和有效性	第二 阶段 第三阶段	20	自体间充质干细胞	注入髓内和鞘内空间
NCT01393977	中国脊髓损伤患者康复治疗与干细胞移植的差异	阶段2	60	自体骨髓间充质干细胞	鞘内	复原
NCT02688062	NeuroRegen Scaffold™ 与骨髓单核细胞移植与 SCI 中的硬膜内减压和粘连溶解	第一阶段 第二阶段	22	骨髓基质细胞	移植到受伤的脊髓中（与手术硬膜内减压和粘连松解术相比）	神经再生支架
NCT02688049	NeuroRegen Scaffold™ 联合干细胞用于慢性脊髓损伤修复	第一阶段 第二阶段	30	间充质干细胞/神经干细胞	移植到受伤的脊髓中	神经再生支架
NCT02352077	NeuroRegen Scaffold™ 干细胞用于慢性脊髓损伤修复	阶段1	30	骨髓单个核细胞/间充质干细胞	移植到受伤的脊髓中	神经再生支架
NCT01772810	人脊髓源性神经干细胞移植治疗慢性脊髓损伤的安全性研究	阶段1	8个	人脊髓来源的神经干细胞	手术植入
NCT02574585	自体间充质干细胞移植治疗胸腰椎慢性和完全性脊髓损伤 脊髓损伤	阶段2	40	自体间充质细胞	经皮注射
NCT02574572	自体间充质干细胞移植治疗颈椎慢性和完全性脊髓损伤	阶段1	10	自体间充质细胞	移植到受伤的脊髓中
NCT01676441	自体间充质 干细胞治疗慢性脊髓损伤的安全性和有效性	第二 阶段 第三阶段	20	自体间充质干细胞	注入髓内和鞘内空间
NCT01354483 （完成）	脐带血单个核细胞移植治疗慢性脊髓损伤	第一阶段 第二阶段	20	脐带血单个核细胞	移植到受伤的脊髓中	甲泼尼龙 碳酸锂片 康复
NCT01186679 （完成）	自体骨髓 干细胞治疗脊髓损伤的安全性和有效性	第一阶段 第二阶段	12	自体骨髓间充质干细胞	鞘内	椎板切除术
NCT02152657 （完成）	自体间充质干细胞移植治疗慢性脊髓损伤的评价：一项初步研究	不适用	5个	间充质干细胞	经皮注射
NCT01909154 （完成）	自体骨髓基质细胞局部给药治疗慢性截瘫的安全性研究	阶段1	12	间充质基质细胞	鞘内
NCT01873547 （完成）	中国脊髓损伤患者康复治疗与干细胞移植疗效差异	第三阶段	300	脐带间充质干细胞	鞘内
NCT03003364 （已完成）	慢性创伤性脊髓损伤中扩展沃顿胶质间充质干细胞的鞘内给药	第一阶段 第二阶段	10	间充质干细胞	鞘内
NCT02354625 （已完成）	ahSC 在慢性 SCI 康复中的安全性	阶段1	8个	自体人雪旺细胞	移植到受伤的脊髓中	复原
NCT02570932 （完成）	已建立的慢性脊髓损伤中扩大自体成人骨髓间充质细胞的管理	阶段2	10	自体骨髓间充质干细胞	鞘内

表 2. 鉴于其有前途的临床前结果，未来临床应用的优秀候选者。

正在进行的干细胞治疗慢性脊髓损伤的临床试验

在本节中，我们重点关注正在进行的慢性SCI临床试验中正在研究的干细胞疗法。此外，我们还展示了几个重要的已完成临床试验。

脐带间充质干细胞

最近的研究表明，MSCs的治疗效果主要是由于它们的旁分泌活动。MSC分泌GM-CSF、TGF-β、IGF-I、HGF 和斯钙素-1，它们保护存活的神经元和少突胶质细胞死亡，以及IL-6、VEGF、PIGF和MCP-1，它们与血管生成有关。此外，MSCs还分泌神经营养因子、神经胶质源性神经营养因子、脑源性神经营养因子和神经生长因子。这些数据表明，MSCs通过控制炎症减少了周围和剩余组织的损伤。MSC还具有抗氧化特性。MSCs通过直接细胞融合、线粒体转移和微泡的产生具有治疗作用。MSCs可以抑制神经胶质增生，从而改善ECM环境，促进神经突生长。

以前的论文报道了34名AISA级慢性期SCI患者（从受伤到参与的时间为12-72个月）的UC-MSCs治疗。他们透露，接受细胞治疗的7/10名患者表现出感觉、运动、肌肉紧张和自我护理能力，而康复组中只有5/14名患者和未治疗对照组中有0/10名患者有改善。此外，UC-MSC治疗的患者在最大膀胱容量和最大逼尿肌压力方面也表现出显着改善 。

NCT03979742：该试验正在评估 UC 血液单核干细胞移植与为期 6 周的口服碳酸锂 (Li₂ CO₃ ) 疗程相结合，随后进行长达 6 公顷、每周 6 天的强化运动训练， 3-6 个月治疗慢性、稳定和完全 SCI 患者。

NCT03521323/NCT03505034：该试验旨在评估鞘内移植同种异体UC衍生的MSCs治疗不同阶段SCI的安全性和有效性。脊髓损伤的历史分为亚急性脊髓损伤、慢性脊髓损伤早期、慢性脊髓损伤晚期三个时期，分别跨越2周～2个月、2个月～12个月等时间段受伤后超过12个月。

骨髓来源的间充质干细胞

骨髓来源的MSCs/基质细胞是多能组织干细胞，在促进神经元损伤后的再生和/或恢复方面显示出前景。

骨髓间充质干细胞可以合成多种细胞因子和其他神经调节分子，包括脑源性神经营养因子、神经生长因子、基质细胞-衍生因子1和血管内皮生长因子。日本厚生劳动省于2018年在全球首次批准向 SCI 患者出售自体MSC移植。他们报告了在亚急性SCI患者中输注自体扩增的MSC后的安全性和可行性。他们还提供了表明 MSC 输注后功能快速改善的初步数据。然而，一些问题仍然存在。

NCT0300336：这是一项 I/IIa 期、随机、双盲、双组、双剂量给药、安慰剂对照、双向交叉临床试验，其中 10 名 18 至 65 岁的慢性慢性病患者参与创伤性脊髓将进入研究，目的是评估鞘内施用膨胀沃顿氏胶状 MSC 的安全性和获得疗效数据。

NCT02574585：本试验的目的是分析自体骨髓间充质干细胞移植治疗胸腰椎慢性完全性脊髓损伤患者的安全性和有效性。

NCT02574572：该试验将分析自体骨髓间充质干细胞移植在颈椎慢性和完全性脊髓损伤患者中的安全性和有效性。

NCT02570932（已完成）：本研究的目的是分析体外扩增的自体成人骨髓 MSCs 在蛛网膜下腔鞘内给药治疗慢性 SCI 患者的潜在临床疗效。

NCT01676441：此 II/III 期临床试验旨在评估将自体 MSC 直接移植到受伤脊髓中的安全性和有效性。

NCT02688062/NCT02688049（已完成）：这些试验的目的是研究与仅使用手术硬膜内减压和粘连松解术治疗相比，使用骨髓单核细胞的 NeuroRegen 支架对慢性和完全性脊髓损伤后神经功能恢复的疗效和安全性。部分患者感觉和自主神经功能有所改善；然而，没有观察到运动功能恢复。MRI 表明 NeuroRegen 支架植入支持治疗后受伤的脊髓连续性。在 3 年随访期间，未观察到与干细胞或功能性支架植入相关的不良症状。

人间充质和造血干细胞：神经细胞

由于 MSCs 和造血干细胞 (HSCs) 均已被证明具有分化成一系列成体细胞群的能力，因此许多研究试图检查联合或单独的贡献，以在损伤模型中进行体内修复，并可能利用已知存在的两个细胞群之间的关系。

CD34+人HSC的植入在再生的鸡胚脊髓中有效地产生神经元，并且使用MSCs在受伤的脊髓中形成引导链促进恢复。

NCT04205019：这项单中心、开放标签研究正在调查10名终末期（慢性）创伤性脊髓损伤患者单次鞘内注射神经细胞的安全性。SCI 是一种没有潜在治愈方法的罕见疾病，而 Neuro-Cells 是含有自体新鲜干细胞的产品，可调节 SCI 后的继发性炎症（一批/一名患者）。

神经干/祖细胞

临床前数据表明，使用源自动物或人类胎儿 CNS 胚胎干细胞或 iPSC 的多能神经前体细胞替代疗法治疗各种脊髓神经退行性疾病的有益和功能效果。

外源性神经干/祖细胞 (NSPC) 疗法特别有前途，因为这些细胞有可能分化成所有三种神经胶质细胞谱系（即神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞）以再生神经回路、使剥脱的轴突再髓鞘化并为神经元提供营养支持内源性细胞。移植的 NPSC/NPC 在修复过程中桥接中继信息并导致神经元连接。一些论文报道，在细胞移植到 SCI 部位后，皮质脊髓轴突再生、功能性突触形成和熟练前肢功能得到改善。

2014年在加州大学圣地亚哥分校开始了NSI-566NSC移植治疗慢性胸部SCI的I期安全试验（NCT01772810）。在一些患者中，使用ISNCSCI运动和感觉评分检测到一到两个级别的神经功能改善。据报道，NSI-566移植到SCI部位的安全性和三名受试者潜在疗效的早期迹象值得在剂量递增研究中进一步探索NSI-566细胞。尽管这项安全性试验缺乏评估细胞移植引起的功能变化所需的统计功效或对照组，但这些都是细胞疗法广泛转化的重要临床概念验证步骤。

日本多向分化应激 (Muse) 细胞的静脉移植

在日本，SCI干细胞治疗的最新主题之一是评估基于Muse细胞的产品 (CL2020) 的临床试验。尽管试验标准仅涵盖颈椎SCI的亚急性期，但我们特意讨论CL2020试验，因为Muse细胞也是慢性 SCI 非常有前途的细胞来源。Muse细胞是一类新型的非致瘤性多能干细胞，在体内可以分化为多种细胞。Muse细胞是分布于骨髓、血液和器官结缔组织中的内源性修复干细胞。它们的优势特征表现为低安全性问题和在给药前不需要基因导入或诱导分化。此外，由于细胞在静脉内给药后具有在损伤部位积聚的特殊能力，因此不需要外科手术来递送细胞，因此仅通过静脉滴注Muse细胞制剂即可对患者进行治疗，这是最简单和最方便的方法之一。本次临床试验的治疗对象为亚急性颈椎SCI患者，旨在研究静脉给药CL2020的有效性和安全性。我们的机构也参与了这项试验。

结论

目前，许多临床和实验研究在慢性脊髓损伤的干细胞治疗功能改善方面显示出积极的结果。需要进行各种慢性脊髓损伤试验设计。然而，由于某些固有的局限性，人类慢性脊髓损伤试验并不容易实施。首先，由于伦理方面的原因，治疗组和对照组之间的比较是困难的，而且在安全性和有效性方面，动物实验的结果不能直接应用于人类。尽管如此，许多干细胞治疗的基础研究和临床试验已经开展，并有可喜的成果被报道。我们相信，干细胞疗法将在不久的将来为慢性脊髓损伤患者提供所需的彻底治疗。