干细胞治疗中风的多种方法应用

前言：中风对人体造成衰弱，并对社会产生严重的负面影响，全球发病率为六分之一。据世界卫生组织统计，全球每年有1500万人患有中风。其中，“据北京日报消息：我国目前中风患者高达1300万人,每年新增中风病例180万，到2030年或超3000万!”

偏瘫、瘫痪、慢性疼痛、精神运动和行为症状等运动和认知缺陷可能长期持续，并阻止患者完全重新融入社会，因此继续增加中风的昂贵医疗负担。使用干细胞的再生医学似乎是治疗中风后遗症的灵丹妙药。基于干细胞的治疗有助于神经再生和神经保护，从而促进患者的神经恢复。

然而，使用干细胞治疗中风患者仍然需要在基础和转化水平上进行大量研究。除了干细胞逆转症状的作用方式尚不清楚外，在建立中风干细胞疗法之前还需要解决几个临床参数，例如要施用的干细胞类型、干细胞的数量等。干细胞、给药时间、是否需要加强剂量、给药途径等。使用干细胞衍生的外泌体进行无细胞治疗也具有前景。有几项正在进行的临床前研究旨在回答这些问题。尽管仍处于开发阶段，干细胞疗法对于中风患者的神经康复具有巨大的潜力。

中风康复模式

中风后的恢复被解释为一系列丰富的事件，包括细胞、分子、遗传、人口统计和行为成分。这些因素已被证明是具有良好神经生物学基础的恢复剂治疗试验中的协变量。功能神经成像和大脑绘图方法的进步为人类中风康复提供了有价值的并行数据收集系统。中风患者的康复情况在很大程度上取决于病变的大小、脑损伤的内部环境以及患者的年龄和合并症状况。

一般来说，第一个时期包括中风后的最初几个小时，此时血流、水肿、促炎机制发生快速变化。

第二个时期与自发行为恢复有关，它在中风发作后几天开始并持续数周。在此时期，随着内源性修复相关事件达到峰值水平，大脑被激发以启动修复，这表明启动外源性恢复疗法的黄金时期。

第三个时期开始于中风后数周至数月，此时自发行为增益通常已达到平台期，并且这种稳定状态对许多恢复性干预措施有反应。

干细胞在神经修复中的作用机制

干细胞具有分化成所有类型细胞的能力。外源施用的细胞似乎会刺激内源性修复过程，并且不会替代受损的脑组织。人们曾经认为静脉注射的细胞会定位在受伤部位并取代死亡的神经元，但目前使用这些细胞的理念认为这些细胞会释放许多营养因子，如VEGF、IGF、BDNF和组织生长因子刺激大脑可塑性和恢复机制。生长因子的上调、防止持续的细胞死亡以及增强宿主和移植物之间的突触连接是静脉干细胞作为“伴侣”发挥作用的一些常见途径。关于移植的时机，但很少有研究比较不同的时间窗口，根据所研究的模型系统和细胞类型，结果会有所不同。干细胞所有可能的作用模式已在图1中描述。

脑中风再生医学发展的转化方法

干细胞独特的自我更新和分化能力已被用来设计针对各种神经退行性疾病（包括脑中风）的细胞疗法。已经有几项研究报告了干细胞在治疗各种疾病中的应用，这些研究将在接下来的段落中讨论。这些研究使用了各种干细胞，例如成体干细胞（间充质干细胞和神经干细胞）、胚胎干细胞以及最新类型的诱导多能干细胞。除了使用不同类型的干细胞外，科学家还报告了独特的作用模式来支持他们的研究结果。除了这些可变点之外，还有其他考虑因素，例如干细胞的剂量、干细胞的给药方式以及是否需要加强剂量，取决于疾病的严重程度。各个团体都试图通过他们的研究来回答这些重要问题。

缺血性中风通过破坏异质细胞群和神经元连接以及血管系统，对脑细胞造成严重损害。几种类型的干细胞（如胚胎干细胞、神经干细胞、成体干细胞（间充质干细胞）和诱导多能干细胞）的再生潜力已被评估用于治疗中风。这些研究的结果和观察结果并不一致。大多数研究仅评论了干细胞在该部位的归巢、存活、增殖和分化及其有限的神经恢复能力。

应用治疗脑中风的干细胞有哪些

胚胎干细胞：胚胎干细胞（ESC）是源自囊胚内细胞团的多能细胞。然而，由于ESC的免疫原性和畸胎瘤形成倾向，许多其他团体反对在临床环境中使用ESC。

神经干细胞：因此，科学家们现在正在尝试确定其他干细胞类型的神经恢复能力。理论上，神经干细胞（NSC）是最适合神经修复的细胞候选者，因为它们属于相同的组织来源，并且具有分化为神经元细胞的自然倾向。NSC 是多能细胞，通常存在于海马齿状回的颗粒下区。据报道，NSC的植入可导致受损大脑中突触连接的重建和成熟神经元电生理特性的改善。

它们通过改善细胞外微环境从而促进神经元回路可塑性来实现这一点。NSC分泌多种神经营养因子（如 BDNF 和 VEGF）来恢复神经元功能，这些因子有助于维持神经元的健康、生成、增殖和存活，以及维持 ECM。VEGF特别有助于因缺血而受损的血管的血管生成和血管修复。CNTF、GDNF、NGF和NSCs分泌的其他此类因子也在神经细胞的保护、维持和增殖中发挥着重要作用。

间充质干细胞：另一种类型的细胞具有惊人的神经恢复潜力，并且具有其他一些理想的特性，例如免疫学上的原始性、易于在体外提取、维持和扩增，并且没有相关的伦理问题，是间充质干细胞（MSC）。间充质干细胞是多能干细胞，在骨髓、脂肪组织、脐带、脐带血、牙髓等身体组织中占有一席之地。从这些组织中提取间充质干细胞是一个非常成熟且简单的过程，并且已广泛应用于各种临床试验。间充质干细胞通过一种或多种作用方式导致神经恢复，例如释放旁分泌因子、细胞替代、线粒体转移等。间充质干细胞还具有血管生成作用。据报道，它们通过释放血管内皮生长因子（VEGF）来诱导血管生成。

诱导多能干细胞：最近因其翻译价值而被探索的另一种干细胞是诱导多能干细胞（iPSC）。在Takahashi和Yamanaka (2006)的突破性发现之后，iPSC的研究蓬勃发展。iPSC比其他类型的干细胞具有优势，因为它不具有免疫原性、易于获取、非干预性且不会引起伦理问题。然而，它们的产生仍然是一个未解决的问题，因为重编程效率仍然很低。此外，一些研究报告了小鼠大脑中畸胎瘤的形成，这意味着在将iPSC应用于临床之前，需要解决和解决其致瘤性。iPSC似乎是用于组织再生的强大干细胞。

脑中风的生物活性成分：联合疗法

补充和替代医学以及干细胞疗法的使用在脑中风患者的康复中也发挥着重要作用。在中风发作期间，大多数促炎细胞因子都参与其中，并且从药用植物不同部位提取的许多多酚化合物已被证明可以在临床前模型中预防脑缺血。从甘草根中提取的甘草甜素，可预防中风引起的大鼠脑损伤。中风前后腹腔注射甘草酸有助于通过改善IFN-γ介导的T细胞活性来抑制梗塞，而T细胞活性部分受高迁移率族box-1调节。静脉注射重组纤溶酶原组织激活剂 (rtPA) 的使用在五年前就已被批准，但rtPA治疗的局限性包括中风后4.5小时的治疗窗口狭窄以及出血转化的高风险。

脑中风患者的间充质干细胞移植是一种现有的方法，但由于治疗过程中缺氧、缺糖，有时会在间充质干细胞中观察到炎症。

研究表明药用植物含有几种重要的生物活性成分，有助于多种方式。已经使用植物衍生产品进行了大量临床前研究，这些产品有助于调节MSC的增殖和分化，并可用于生物材料领域。因此，植物化学物质与干细胞疗法的新联合疗法可能成为基于干细胞的神经再生的新视角。

干细胞治疗脑中风的临床前研究

干细胞在治疗中风方面的益处的实验证据已经在数年的过程中提供。各种类型的干细胞在各种神经系统疾病中的用途及其在临床前和临床水平上的安全性和有效性已得到证实。干细胞治疗中风的临床前验证发挥了重要作用。各个研究小组已经从各种参数方面验证了干细胞的使用，例如干细胞类型、干细胞数量/剂量、给药方式、干细胞的归巢和跟踪以及干细胞的安全性和有效性。

在中风治疗中最常用和研究最广泛的干细胞是间充质干细胞。在MSC的各种组织来源中，最常见和广泛探索的是骨髓和脂肪组织，其中骨髓是最古老的。然而，神经干细胞和骨髓来源的单核干细胞也已被探索。

再生医学治疗脑中风的临床试验

脑血管中风可导致发病率和死亡率，并导致长期残疾，影响生活质量。中风与神经炎症有关，神经炎症在不同类型脑血管意外的病理生理学中起着关键作用。我们对中风临床研究数据库进行了严格检索，发现了超过56项关于使用再生医学（自体或同种异体）治疗脑血管中风的临床试验。其中大多数使用间充质干细胞、脂肪组织、骨髓源性细胞以及脊髓和脐带细胞。

表格1介绍了一些涉及干细胞治疗（自体和同种异体）的临床试验，给出了他们的研究设计、剂量、给药途径和结果。我们在中风再生医学方面的经验强调细胞的安全性和耐受性，但功效仍需解决。与仅接受物理治疗的患者相比，接受自体骨髓来源细胞治疗的患者的临床和功能模式恢复得更好。我们主要针对间充质干细胞、脂肪组织干细胞和骨髓单核干细胞等不同干细胞进行了各种临床试验。正在进行中（表1）调查了潜在的功效和安全性，没有发生任何不良或严重不良事件。

进行了一项开放标记观察者盲法临床试验，以评估自体 MSC 的长期安全性和有效性。MSCs移植后，在接受MSC治疗的患者组中观察到患者的临床改善，这与血清基质细胞衍生因子1的水平和侧脑室室下区的受累程度有关。在对患者的长期随访中未观察到严重的不良反应。与对照组相比，合并症的发生率相似（Lee JS et al., 2010）。

在另一项单盲对照I/II期试验中，大脑中动脉卒中患者被纳入该研究。中风后5-9天注射自体骨髓单核细胞 (BM-MNC)。注射后观察到血浆β-神经生长因子水平较高，除了两名患者在随访3个月时观察到部分性癫痫发作外，6个月内没有观察到任何不良事件。研究结果表明，BM-MNCs的动脉内给药是安全可行的( Moniche et al., 2012 )。

在亚急性缺血性中风患者的随机、II期、多中心试验组中，静脉注射自体BM-MSC也显示出更好的安全性（Prasad 等，2014））。根据外周血干细胞（PBSC）临床前研究的结果，对大脑中动脉梗塞患者进行了随机单盲对照研究。患者按照研究纳入标准入组，并在立体定向植入免疫分选的PBSC之前连续5天接受皮下注射G-CSF。在研究过程或研究后续过程中未观察到不良事件。通过NIHSS、ESS、EMS和mRS从基线到 12 个月的变化来观察PBSC治疗组和对照组的临床结果。此外，这项研究还提供了重要证据，证明PBSC在改善中风相关的运动缺陷、重建受损的功能（陈等人，2014）。

另一项研究报道了慢性缺血性中风患者骨髓来源的单核细胞的旁分泌机制。对每位患者的BM-MNC中的 CD34+进行计数。静脉注射BM-MNC会分泌胶质细胞源性神经营养因子以及BDNF、IGF-1和VGEF，这可能可以防止运动神经元功能障碍。试验结果表明，BM-MNCs的给药对于中风患者是安全可行的。

在另一项单中心I期研究中，观察了源自单个人胎儿脊髓的NSI-566原代贴壁神经细胞的可行性和安全性。对患者进行的队列研究对三种不同剂量进行了研究，结果表明，将人脊髓源性神经干细胞移植到稳定型中风患者的梗塞周围区域是有益的。其背后的潜在机制是干细胞衍生组织主要由中间神经元和神经胶质细胞组成，它们促进再生并充当再生神经元纤维之间的桥梁（Zhang et al., 2019）。

同种异体间充质干细胞在慢性中风患者中的I/II期初步安全性和有效性研究显示，I期和II期研究的剂量耐受性为150万/kg体重。对患者静脉注射同种异体间充质干细胞的主要结果进行了为期1年的测量，次要结果则根据行为变化进行了测量。在13名患者中观察到可能与干预无关的AE/SAE，并观察到​​2种与研究干预相关的轻度AE，即尿路感染和静脉部位刺激。然而，其他机制也已被证明，涉及细胞替代、免疫调节作用和中风后脑损伤的内源性修复。脑血管意外的干细胞治疗总体上取决于它们的分化、炎症、以及修复内源性过程的能力。这种再生医学已成为现代神经病学的重要工具，对神经退行性疾病具有潜在功效。

经过广泛的临床前研究发现，针对中风的不同干细胞进行了临床试验，其中移植期间或移植后观察到的AE/SAE可能与干预直接或间接相关。研究表明，必须进一步继续对中风患者进行再生医学的临床前和临床研究，以进一步阐明移植前后的安全性、有效性和毒性，以及它们为中风患者提供有效的再生医学的能力。再生医学治疗脑血管中风的进一步临床试验已经完成，更多结果正在等待。

前景

随着我们从过去和当前的中风临床试验中获取更多证据，再生医学看起来越来越有吸引力。描述干细胞及其串联机制的神经生理学表明，恢复大脑功能可能是一个现实的目标。为了使这项研究成为中风治疗的福音，某些问题仍然需要答案，例如最佳的细胞递送途径、注射细胞的初始植入和分布模式，以及注射细胞如何有效地迁移到受影响的部位。

尽管干细胞已被证明是治疗中风的重要资源，但在不久的将来仍有一些障碍需要克服。具有多种参数的多种干细胞已被试验用于治疗中风。从使用的干细胞种类来看，有多能干细胞（ESC和iPSC）、神经干细胞和成体干细胞（来自各种组织的MSC）。多能干细胞存在伦理问题。

此外，NSCs的体外实验也存在局限性。扩张（就需要移植的NSC数量而言）。MSC有能力解决这一问题。另一个问题是宿主体和移植干细胞之间的免疫耐受性。这个问题可以通过使用患者自身的细胞衍生MSC的iPSC来解决。除了这些问题之外，还有其他一些问题，例如细胞提取、扩增和分化的效率是否足以进行移植，以及最佳注射方式和最佳注射次数。尽管将干细胞疗法纳入各种疾病的主流治疗中存在一些挑战，但干细胞疗法已经用于治疗几种退行性疾病和其他类型的疾病。

参考资料：Singh M, Pandey PK, Bhasin A, Padma MV and Mohanty S (2020) Application of Stem Cells in Stroke: A Multifactorial Approach. Front. Neurosci. 14:473. doi: 10.3389/fnins.2020.00473

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