華西醫院：神經干細胞移植治療腦缺血的途徑和方法

近日，四川大學華西醫院轉化神經科學中心神經疾病研究所研究人員在《Ibrain》發表了神經干細胞注射治療腦缺血的途徑和方法，研究表明神經干細胞（NSCs）移植治療是一種非常有前景的治療方法，移植的神經干細胞不僅通過結構替換發揮有益作用，還通過免疫調節和/或神經營養作用發揮有益作用。同時，NSC移植可減弱腦缺血后的細胞凋亡，改善神經功能。由于NSCs可以通過多種途徑、不同劑量進行移植，本文主要總結不同注射途徑和移植方法的NSCs移植效果。

神經干細胞概述

神經干細胞（NSCs）的來源及特點

NSCs是指具有自我更新能力并具有分化為神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞和其他多向分化潛能的細胞。此外，這些顯示出惡性轉化的風險非常低。12種NSCs可直接來源于神經組織：胚胎哺乳動物的大腦皮層、海馬、紋狀體、室管膜下區、腦室下區、脊髓以及成年動物的其他部位均已成功分離培養NSCs。此外，NSCs還可來源于胚胎干細胞、骨髓間充質干細胞、臍帶血間充質干細胞、脂肪間充質干細胞、胚胎嗅鞘細胞和誘導多能干細胞的分化。NSCs具有自我維持和增殖的能力，并具有多種細胞分化潛能。

神經干細胞移植治療腦缺血的必要性

成人中樞神經系統某些區域的內源性間充質干細胞主要分布在青壯年的海馬區和室管膜下區（SVZ）。然而，這些內源性神經干細胞處于休眠狀態。腦缺血會刺激海馬和髓鞘下區的細胞增殖和神經母細胞形成，從而促進內源性NSCs遷移到缺血區域并分化為神經元，融入受損區域發揮作用。然而，刺激成人內源性NSCs對缺血性腦卒中患者神經功能的恢復作用有限。

研究人員還利用各種體外培養方法獲得一定數量的外源性NSCs，而大多數外源性NSCs來自胚胎或胎兒。將人類NSCs植入腦缺血大鼠的大腦，這些細胞可以遷移到缺血區域，增殖并分化成神經元，還能改善感覺運動功能，從而顯著修復缺血性腦損傷。然而，將NSCs移植到人體仍處于實驗研究的初級階段。雖然已經取得了一些臨床結果，但技術還不夠成熟。目前仍缺乏大樣本、多中心、隨機對照臨床試驗和大規模臨床試驗進行驗證。

神經干細胞移植注射治療腦缺血的研究進展

我們總結了NSCs的注射途徑，主要包括靜脈注射、動脈注射以及經腦室、紋狀體、胼胝體、大腦皮層、海馬和梗死區的腦內注射（圖1）。下面我們主要介紹NSCs移植治療腦缺血的途徑、方法和劑量。

靜脈注射

• 尾靜脈
• 頸靜脈

表1：靜脈和動脈NSC移植治療腦缺血的代表性實驗研究。

動脈注射

• 頸總動脈
• 左頸總動脈
• 頸外動脈

腦內注射

表2：腦內（心室和紋狀體）NSC移植治療腦缺血的代表性實驗研究。

心室注射

紋狀體注射

表3：腦內（紋狀體）NSC移植治療腦缺血的代表性實驗研究。

胼胝體注射

表4. 腦內（胼胝體、大腦皮層和海馬）NSC移植治療腦缺血的代表性實驗研究。

大腦皮層注射

海馬注射

梗塞面積區域

干細胞不同注射途徑和劑量的作用

細胞劑量和遞送時間

細胞劑量是最重要的變量之一。根據表1-3文獻試驗回顧，不同研究的細胞劑量有所不同，一般在1×10³至1×10⁶個細胞之間。例如，靜脈內給藥的范圍為1×10³至1×10⁶個細胞。動脈給藥范圍為1×10⁵至1×10⁶個細胞。中風后3天移植NSC可促進腦組織學的改善，被認為是優化神經功能的有效方法。NSC成功地減少了梗塞面積的擴大，并提供了最佳的神經學結果。移植后7天后，腦內接受高劑量1×10⁴細胞/μL和2×10⁶細胞/μLNSI-566RSC移植的中風動物的運動和神經功能顯著恢復（人類NSC系）與注射媒介物的中風動物或接受低劑量5×10³個細胞/μL的中風動物進行比較。

研究表明，干細胞治療的最佳時間是缺血性中風后3天，造血干細胞移植可以通過防止細胞凋亡來縮小損傷范圍。此外，NSC移植可以抑制梗塞面積擴大并保留神經功能。然而，由于NSCs治療腦缺血受多種因素影響，NSCs移植的交付時間在不同情況下可能會有所不同。

不同注射途徑的比較

NSC移植尚無最佳注射途徑。將干細胞輸送到全身的問題在于，僅位于損傷部位的注射細胞數量非常有限。直接注射是侵入性的，雖然它是一種精確的細胞輸送和植入方法，但它會導致細胞在目標病灶中分布不良。

靜脈移植的人類NSC可以到達患有缺血性損傷的成年大鼠大腦，并改善功能恢復和長期安全性。靜脈注射后，細胞分布于全身，包括肝臟、脾臟、腎臟和脊髓。這導致輸送到大腦的細胞數量減少。

頸動脈注射可以避免這種情況。

動脈注射的優點在于，它利用中樞神經系統的首過效應，最大限度地發揮外源性神經細胞在大腦中定居的潛力，而周圍的細胞首先通過肺等過濾器官豐富的微循環和肝臟。但也存在潛在的并發癥：動脈內注射可能會導致容量超負荷，從而導致急性心臟超負荷和肺水腫。當快速注射時，這些風險會被放大并對血管壁造成損害。因此，總容量和速度都應謹慎對待，進一步阻塞或干擾毛細血管。另一個并發癥是腦血管系統中NSC栓塞的形成。將細胞直接注入腦室需要用電鉆進行開顱手術，這會造成嚴重的創傷。與腦室內注射和靜脈注射相比，頸內注射顯示出特殊的優勢，直接促進細胞間接觸并誘導TNT形成，并且在動物模型中死亡風險低于腦室內注射。

此外，立體定向顱內移植是將NSCs直接注射到受損區域。該路線的效果比上述方法要好。但這種方法是侵入性的，涉及開顱手術等一系列手術，因此可能會損傷附近的腦組織。因此，迫切需要尋找一種能夠有效穿透大腦的非侵入性藥物輸送方法。盡管治療中樞系統疾病的鼻內藥物輸送已經存在很長時間，但使用干細胞的鼻內藥物輸送只是在最近幾年才得到研究。

丹尼爾揚等人。2009年發現鼻內輸送干細胞可以穿透小鼠大腦并繞過血腦屏障（BBB），這是一種非侵入性途徑。同時，越來越多的證據表明干細胞可以通過鼻內給藥繞過血腦屏障可靠地遞送至中樞神經系統。

在腦缺血動物模型中，鼻內施用間充質干細胞的修復潛力已被廣泛報道。例如，人臍帶間充質干細胞 (hUC-MSC) 促進大鼠缺氧/缺血引起的新生兒腦損傷的修復。然而，使用鼻內NSC治療腦缺血的方法仍在探索中。幸運的是，紀剛等人發現鼻內移植人類NSC可以改善患有缺氧缺血性腦病的新生大鼠的神經功能。因此，鼻內給予NSCs可能是治療腦缺血的一種有前途的無創方法。

神經干細胞移植的重要性

神經干細胞移植后，身體各方面都得到了改善。根據移植后NSC的神經嚴重程度評分，我們可以得到顯著較低的神經嚴重程度評分（NSS），這證明NSC移植減輕了腦缺血，增強了神經功能。此外，它還能改善神經干細胞的遷移，對腦缺血有有益的作用。同時，移植后神經功能得到增強。

此外，NSCs遷移到缺血腦中后仍保持增殖能力，可在缺血環境下維持至少14天的強大增殖能力。NSC還可以抑制缺血引發的炎癥細胞因子并減少腦梗塞的體積。NSC移植刺激老年缺血大鼠的神經發生和內源性血管生成。同時還能促進皮質梗死區的血管生成，使NSC在體內分化為神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞，從而參與神經組織的修復。此外，它們可以通過跨胚分化分化為非神經細胞。移植胎兒NSC的動物不僅在肢體放置測試和功能評分方面表現出明顯更好的表現，而且在體外和體內條件下分化為軸突、樹突和星形膠質細胞方面也表現出明顯更好的表現。

神經干細胞移植聯合輔助治療方法

有很多方法可以用來促進NSC移植的效果。一些方法如下：BDNF-NSCs移植后進行神經功能嚴重程度評分，更大程度改善神經功能。

環狀RNA-HIPK2 (CircHIPK2) 表達的沉默可以增強中風后的功能恢復和 NSC向神經元的分化，并促進神經元的可塑性。同時，將AF-NSCs移植到缺血大鼠體內并誘導功能恢復。miR-145通過靶向絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）通路保護神經元干細胞功能并增強NSCs活性來治療大鼠腦缺血性中風。miR-145的過表達促進NSCs的增殖和分化，同時抑制細胞凋亡。

iPSC衍生的NSC立體定向植入大腦后，植入的細胞可以存活、遷移到缺血的大腦區域并分化為成熟的神經細胞。針刺+NSCs移植后，神經細胞凋亡減少，NSCs存活率增加。CoMo-NSCs在體外有效地自我更新并生成神經元和神經膠質細胞。

DAPT可促進移植的NSCs分化為神經元，對腦缺血大鼠NSCs移植具有神經保護作用。PCNSC移植增強了缺血性中風的神經保護作用。最后，預處理將進一步增強NSC移植后NSC的效果。

結論

本綜述重點討論NSC注射治療腦缺血的各種方法、劑量、時機和效果。腦缺血后NSCs移植的最佳注射部位、時機和劑量仍存在爭議，因為NSCs注射的效果受到多種因素的影響。

從注射途徑來看，靜脈注射和動脈注射都是無創的。腦內和立體定向注射是侵入性的，可能導致嚴重的創傷，特別是在腦內注射時。腦內立體定向注射比其他方法更有效，但臨床風險更大。雖然鼻內給藥是一種無創遞送方法，但鼻內給藥NSCs治療腦缺血的研究較少，這可能是治療腦缺血的一種有前途的替代細胞療法。

在細胞劑量方面，不同的研究有不同的細胞劑量，一般為1×103–1×106個單元。從注射時機來看，干細胞治療的最佳時間是缺血性中風后3天左右。然而，最佳注射時間可能因多種因素而異。此外，移植和推廣干細胞衍生物也是提高移植NSCs存活率的策略。總而言之，這些將干細胞和/或治療物質遞送至受損部位的給藥途徑需要進一步優化，以實現更好的臨床應用。

參考資料：

Yang, X-Y, Zhang, X, Cao, J-F, Wu, M, Chen, S-Y, Chen, L. Routes and methods of neural stem cells injection in cerebral ischemia. ibrain. 2023; 1-14. doi:10.1002/ibra.12122

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