间充质干细胞在治疗八大类神经系统疾病中的应用

由于中枢神经系统 (CNS) 的再生受限，神经损伤通常是不可逆的。与其他疾病相比，神经系统疾病的治疗选择范围受到限制。近来，干细胞疗法给许多患者带来了希望。基于干细胞的再生能力，各种干细胞的移植疗法已在基础研究和临床前研究中得到检验，有些已显示出巨大的前景。

曾几何时，神经干细胞 (NSC) 似乎是中枢神经系统治疗干预的最佳选择；然而，迄今为止，大多数研究报告的主要治疗机制是营养和免疫调节作用，而不是神经元替代。之前对NSCs的研究表明，没有观察到长期存活和与宿主组织的整合，治疗效果可能与旁分泌活动有关。有了这些证据，焦点就转向了以旁分泌和免疫调节潜力着称的间充质干细胞 (MSCs)图1)。

它们很容易从各种来源获得，例如骨髓、脂肪组织等。间充质干细胞的治疗在不同的神经系统疾病动物模型中的实验研究中显示出有益效果。与此同时，在制定临床可接受的分娩和监测方案方面取得了重大进展。

迄今为止，已有105项应用间充质干细胞治疗神经系统疾病的临床试验注册。

间充质干细胞治疗神经系统疾病的实验尝试

使用间充质干细胞的细胞疗法是目前再生医学中发展最活跃的分支之一。从各种来源获得MSCs的简单性及其低免疫原性和免疫调节能力意味着它们可以移植到自身和同种异体系统中。此外，MSC 的抗细胞凋亡、旁分泌和多向分化能力推动了它们目前在治疗最常见疾病的转化研究和临床试验中的评估，包括涉及CNS结构的神经系统疾病，如中风、阿尔茨海默病 (AD)、肌萎缩性侧索硬化症 (ALS)、亨廷顿舞蹈病和帕金森病 (HD、PD)、多发性硬化症 (MS) 和脊髓损伤，表1)。

间充质干细胞的作用机制和移植后在中枢神经系统疾病中获得的结果总结

01间充质干细胞治疗中风

中风表现为因脑血液循环中断而引起的突发性神经功能缺损。由于发病机制，存在缺血性和出血性中风。脑血管闭塞是前者的特征，而脑血管的破裂是后者的特征。缺血性中风是最常见的脑部疾病。病理上，它由坏死核和周围半影组成。根据中风部位的不同，可能会出现意识丧失和昏迷、痴呆、视力、感觉、语言障碍、下肢和上肢麻痹、面神经麻痹等各种症状。

至今尚无有效治疗方法。

间充质干细胞似乎为中风治疗提供了最好的前景。由于其神经保护和神经源性潜力以及免疫调节功能，MSCs作为亚急性、急性或慢性中风的各种动物模型的治疗方法得到了广泛研究。在急性中风中，除了神经元死亡外，炎症反应被上调，这会破坏损伤区域的缺氧组织并启动细胞因子级联放大受损区域。MSC的神经保护因子转运和免疫调节能力可减轻炎症。此外，MSC可以通过静脉内 (IV) 和动脉内 (IA) 途径或脑内 (IC) 注射给药。MSC输注后，观察到脑水肿和病变面积减少。

迄今为止，已有27项应用间充质干细胞治疗中风的临床试验已注册。

中风后MSCs的最初人体研究集中在自体细胞疗法上。第一次临床试验于2005年在韩国进行。在30名脑梗死患者中，有5名接受了自体间充质干细胞静脉输注。一年的系列评估显示没有不良细胞相关影响。特别值得注意的是，与未接受间充质干细胞移植的患者相比，卒中发生后五年内的死亡率显著降低。其他I期研究也证明了静脉内或动脉内给予自体间充质干细胞的安全性和可行性，并适度改善恢复。

最近，一项I/II期研究已经发表，该研究在慢性中风患者中输注 间充质干细胞，以评估该人群的同种异体间充质干细胞治疗。将从单个人类供体分离的同种异体骨髓间充质干细胞 (BM-MSCs) 静脉输注到36名患者中被证明是安全的。一些患者的功能状态有所改善。

此外，同种异体、基因修饰的BM-MSCs (SB623) 被植入18名稳定的慢性缺血性中风患者体内。在一项为期2年的I/II期研究中，将 SB623植入皮质下中风区域周围的部位是安全的，并且伴随着12名患者的神经恢复改善。

02间充质干细胞治疗创伤性脑损伤中

创伤性脑损伤 (TBI) 是最严重的疾病，在年轻人中发病率很高。它通常由头部的外部机械力引起，导致神经功能受损甚至死亡。TBI造成的损害可分为两个阶段。早期阶段是最初的颅脑的直接影响，导致BBB破坏、脑肿胀和颅内出血。

迄今为止，没有一种单一的治疗方法能够有效降低TBI死亡率或改善患者的功能恢复。

临床研究表明，将MSCs直接注入受伤的大脑或IV或IA递送可减轻TBI引起的动物运动和认知缺陷。实验数据表明，在TBI大鼠和小鼠中，用MSCs治疗可刺激受伤的大脑产生有助于促进神经发生、神经保护和神经修复的营养因子。

实验研究的结果为MSCs在TBI患者中的临床应用提供了一种有前途的方法。迄今为止，存在相对少量的MSC治疗TBI的临床试验。在TBI疾病的开颅手术中将自体BM-MSCs移植到受伤的大脑中没有显示出不良反应。

同样，97例TBI亚急性期患者腰椎穿刺自体BM-MSCs被证明是安全有效的。大约40%的患者在MSC移植后表现出神经功能改善。

03间充质干细胞治疗阿尔茨海默病

AD是一种慢性神经退行性疾病，表现为进行性痴呆，导致记忆力减退和认知障碍。AD疾病中大脑的组织病理学图片显示淀粉样蛋白β (Aβ) 斑块的积累和细胞内神经原纤维缠结的形成，导致胆碱能神经元丢失。还确定神经炎症在AD中起重要作用。Aβ的慢性积累会激活小胶质细胞，从而加速神经元丢失和认知能力下降。

在所有治疗方法中，间充质干细胞的治疗已准备好应用于AD的模式。已经进行了AD、IV、IC和脑室内 (INVE) 输注MSC的动物模型的实验研究。

临床前研究表明，输注间充质干细胞可改善阿尔茨海默病接受者的认知障碍。

基于在Aβ治疗的动物中使用MSCs的实验结果，已经注册了许多针对AD患者的临床试验。

2011年在韩国首尔进行的第一个I期临床试验中，9名轻度/中度AD诱发的痴呆患者接受了同种异体间充质干细胞的立体定向脑输注 ( NCT01547689 )。

MSCs的管理被证明是一种可行且耐受性良好的方法。随后在韩国进行的同种异体间充质干细胞移植到AD患者海马体的I/II期临床试验也被报道是安全的。在18-24个月的随访期间，没有患者出现严重并发症（NCT01696591和NCT02054208)。

2015年，美国食品和药物管理局 (FDA) 接受了美国 (US) 的第一个间充质干细胞治疗阿尔茨海默症的II期试验。这项多中心、安慰剂对照研究在加利福尼亚州开展，招募了40名阿尔茨海默氏痴呆患者，并应用了美国国立卫生研究院 (NIH) 认知量表评估活动 ( NCT02833792 )。

大量研究表明，AD患者使用不同的药物进行治疗只能缓解症状，而不能治愈疾病。

04间充质干细胞治疗帕金森病

在大脑黑质中发现的产生多巴胺的神经元的进行性退化导致 PD 的发展。该病的主要症状包括静息性震颤、肌肉僵硬、运动迟缓、姿势问题以及控制精确运动的能力受限。此外，还有认知功能、睡眠和嗅觉障碍的损害。

在PD模型的动物中，MSCs的给药主要是脑内给药，但也尝试了静脉内、动脉内和鼻内给药。在研究中，MSCs移植已被证明可以改善由PD引起的受损运动功能。在大鼠PD疾病中全身输注人MSCs减少了行为测试中测量的不协调的肢体运动。

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在PD的临床试验中，已经进行了MSC的立体定向注射到大脑或全身和鼻内输注。将自体BM-MSCs注射到7名PD患者的脑室下区似乎是安全且耐受性良好的，在一些患者中观察到持久的运动功能改善。

同种异体BM-MSCs或脂肪组织间充质干细胞移植到特发性PD患者中，通过统一的PD评定量表测量，可诱导残疾的有利变化。他们表现出面部表情和步态的改善。此外，通过MRI可视化黑质和纹状体之间的功能连接。

05间充质干细胞治疗肌萎缩侧索硬化症

ALS是一种病因不明的疾病，通常在症状发作后三到五年内散发并迅速致命。在ALS期间，大脑和脊髓中上下运动神经元的进行性退化会导致肌肉无力和呼吸衰竭。

在ALS的实验模型中，MSCs的管理被证明可以减轻疾病症状。在间充质干细胞移植后的ALS疾病中观察到神经保护、刺激神经组织再生和延长寿命。

在接受MSCs治疗的ALS患者中进行的临床研究表明，与实验动物一样，患者的疾病进展有所减缓。

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最新的病例对照研究涉及67名接受沃顿氏胶质干细胞 (WJ-MSCs) 治疗的ALS患者。所有患者均接受了沃顿胶 (WJ)-MSC的3次IT输注。在整个研究人群中，31%的患者观察到疾病进展减缓。对 WJ-MSC治疗的早期反应预测了ALS患者的结果并延长了生存期。

06间充质干细胞治疗脊髓损伤

机械性意外脊髓损伤 (SCI) 会导致神经运动和感觉道中断，导致永久性残疾，严重影响患者的生活质量。

脊髓损伤后出现的主要病理变化包括轴突和血管的破坏。尽管如此，继发性变化包括局部离子浓度紊乱、血压调节丧失、脊髓血流减少、血脑屏障破坏、细胞激活免疫反应、细胞凋亡和兴奋性毒性导致患者病情恶化并损害再生过程。干细胞移植治疗是抑制这些过程的潜在治疗方式。增加血管生成，少突胶质细胞增殖，轴突再生和再髓鞘形成，减少纤维化，MSC移植后观察伤后病变情况。

最近，梅奥诊所正在进行一项多学科I期临床试验，该试验在SCI患者中鞘内注射脂肪组织来源的MSC。该试验的第一份报告显示，一名患者在间充质干细胞移植后3、6、12和18个月观察到疗效的临床迹象，表明宿主的状态得到改善而不是稳定。

07间充质干细胞治疗亨廷顿病

在亨廷顿病期间，脑神经元死亡，特别是位于纹状体结构内的神经元，例如尾状核和壳，分泌γ-氨基丁酸。这种疾病的症状通常出现在30-40岁左右，并且与运动功能、行为和认知能力受损有关。

目前，还没有减缓亨廷顿病进展的有效治疗方法。在HD动物模型中报道了MSCs的治疗效果。对于迄今为止在HD中进行的大多数 MSC移植研究，外源细胞是通过脑内给药的。用BM-MSC治疗的HD小鼠表现出运动缺陷减少和空间记忆改善。移植的BM-MSC刺激了内源性神经干细胞增殖，这可能是通过诱导HD小鼠纹状体BDNF水平增加的营养支持。用过表达BDNF或NGF因子的基因工程MSCs治疗的HD小鼠显示纹状体区域的凋亡细胞减少，脑萎缩减少。

08间充质干细胞治疗多发性硬化症

MS是CNS的炎症和脱髓鞘自身免疫性疾病。该病的病理生理学与体内自身反应性淋巴细胞和抗原呈递细胞的形成有关。

MS患者的临床表现在很大程度上取决于病变的位置。但通常有轻瘫、视力障碍、感觉、言语、平衡、协调障碍。

最近，在灵长类动物MS模型中进行了间充质干细胞治疗。鞘内输注MSCs可延缓EAE猴子的神经功能障碍和神经元脱髓鞘。

临床研究证明，IT或IVMSC移植的过程是可行的、安全的和可耐受的。一些患者显示出临床稳定的迹象或通过扩展的残疾状态量表衡量的改善。

在瑞典对7名MS患者进行了I期临床研究。IV注射在临床缓解期间移植的自体BM-MSCs稳定了86%的MS患者的残疾状态。输注后一周内检测到的外周血中调节性T淋巴细胞比例增加表明MSCs在 MS患者中具有免疫耐受作用。已提出对MSC治疗的MS患者的主要结果进行分析，以使用MRI探索组织的微观完整性。

间充质干细胞移植治疗神经系统疾病的途径方法有哪些

移植干细胞的给药方法对其在体内的位置、给定组织内的生物分布以及它们在受影响区域的定植效率有重大影响。在CNS结构受损的情况下，最常用的细胞给药途径包括局部和全身移植以及相对较新的鼻腔细胞移植技术（表3)。

干细胞移植治疗神经系统疾病的途径分别有，脑内、鞘内、静脉、动脉内、鼻内。

间充质干细胞移植治疗神经系统疾病影响范围大小

移植的MSCs对神经系统疾病影响大小的定性分层范围为：1) 无改善，2) 未知，3) 症状缓解，4) 显著改善，以及5) 完全康复

总结与结论

总之，使用动物模型进行的实验研究和间充质干细胞移植在中枢神经系统疾病中的首次临床试验表明，这些细胞具有积极的治疗作用。他们的移植是安全的，似乎不会引起不良副作用。

多个临床试验数据表明，间充质干细胞移植后能够改善神经系统疾病或中枢神经系统疾病进展，患者总体状况得到改善;与传统药物治疗相比，同时接受干细胞移植的病人拥有更好的效果。随着研究的进展，干细胞将为神经系统疾病患者带来康复的希望。

参考资料：Andrzejewska A, Dabrowska S, Lukomska B, Janowski M. Mesenchymal Stem Cells for Neurological Disorders. Adv Sci (Weinh). 2021 Feb 24;8(7):2002944. doi: 10.1002/advs.202002944. PMID: 33854883; PMCID: PMC8024997.

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