鄭州第一附屬醫(yī)院：多能干細(xì)胞在治療缺血性中風(fēng)的前景

介紹：中風(fēng)是與高殘疾和死亡率相關(guān)的主要中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，大約80%的病例是缺血性中風(fēng)。雖然目前臨床上針對缺血性腦卒中患者的治療方法有很多，包括抗血小板聚集、抗凝、改善微循環(huán)、改善腦代謝等，但這些方法對缺血區(qū)壞死的神經(jīng)細(xì)胞并沒有有效的再生修復(fù)作用。

標(biāo)準(zhǔn)治療方法是使用重組組織纖溶酶原激活劑 (rt-PA) 或進行機械血栓切除術(shù)以恢復(fù)血流。然而，這些治療有一定的局限性。rt-PA的有效治療時間窗為4.5h，大動脈閉塞患者可在癥狀出現(xiàn)6h甚至超過24h內(nèi)行取栓治療。然而，在最近的機械取栓試驗中，近60%的患者在治療后3個月沒有實現(xiàn)功能獨立。當(dāng)發(fā)生缺血性中風(fēng)時，在梗塞區(qū)域可見各種細(xì)胞的凋亡或壞死。因此，理想的治療方法是植入某種類型的細(xì)胞來替代受損細(xì)胞。

近年來，干細(xì)胞移植技術(shù)已成功應(yīng)用于心臟病建模、糖尿病、黃斑變性、脊髓損傷、軟骨再生和移植物抗宿主病。干細(xì)胞移植也逐漸被考慮用于治療一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病，例如阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側(cè)索硬化癥、亨廷頓病和缺血性中風(fēng)。

2022年4月13日，北京大學(xué)鄧宏魁研究團隊在國際學(xué)術(shù)期刊Nature雜志在線發(fā)表了題為“Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells”的研究論文，首次在國際上報道了使用化學(xué)小分子誘導(dǎo)人成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎酀撃芨杉?xì)胞這一突破性研究成果。

2021年鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科在《Frontiers》雜志子刊神經(jīng)科學(xué)前沿發(fā)表了一篇名為《誘導(dǎo)多能干細(xì)胞治療缺血性中風(fēng)》的文章，在這篇綜述中，總結(jié)了在缺血性卒中細(xì)胞療法發(fā)展方面取得的進展。我們特別關(guān)注誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）治療缺血性腦卒中的機制、現(xiàn)狀、臨床應(yīng)用、發(fā)展限制和未來前景。

四大類干細(xì)胞治療缺血性腦卒中的應(yīng)用

干細(xì)胞移植技術(shù)作為治療缺血性中風(fēng)的新選擇具有吸引力，它利用不同的細(xì)胞來源，包括胚胎干細(xì)胞 (ESCs)、神經(jīng)干細(xì)胞 (NSCs)、間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs)、臍帶血細(xì)胞、脂肪來源的MSCs、牙干細(xì)胞、iPSCs和一些永生化細(xì)胞系；該領(lǐng)域的最新研究主要集中在前三種干細(xì)胞類型上。在這里，我們討論了不同干細(xì)胞類型在缺血性中風(fēng)中的當(dāng)前應(yīng)用，尤其是iPSC治療。

胚胎干細(xì)胞治療缺血性中風(fēng)中

胚胎干細(xì)胞是一種多能細(xì)胞，來源于植入前胚胎的內(nèi)部物質(zhì)，具有分化能力。它們能夠形成特定的神經(jīng)組織，例如神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。

因此，胚胎干細(xì)胞被認(rèn)為是用于神經(jīng)疾病治療的潛在和理想的移植細(xì)胞來源。基于ESC的細(xì)胞療法已被證明不僅可以促進結(jié)構(gòu)修復(fù)和功能恢復(fù)，還可以減少缺血性中風(fēng)小鼠模型中的梗塞面積。

神經(jīng)干細(xì)胞治療缺血性中風(fēng)中

在發(fā)現(xiàn)NSC之前，神經(jīng)發(fā)生是不可能的，神經(jīng)干細(xì)胞具有自我更新和起源神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力。許多研究已經(jīng)確定大腦不同區(qū)域存在多能和自我更新的NSCs，包括海馬齒狀回的顆粒下區(qū)和側(cè)腦室的腦室下區(qū)，以及成人大腦中內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生的發(fā)生。研究人員發(fā)現(xiàn)，局灶性腦缺血1周后移植胎兒新皮質(zhì)組織可改善行為結(jié)果并減少繼發(fā)性丘腦萎縮。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療缺血性中風(fēng)中

間充質(zhì)干細(xì)胞是非造血干細(xì)胞，廣泛存在于各種器官和組織中，具有高度增殖、自我更新和多向分化的特性。MSCs可以從多種組織中獲得，包括骨髓、胎盤、羊水、脂肪組織、臍帶和牙髓。

在臨床前水平上，MSCs，尤其是BMSCs的移植改善了MCAO模型大鼠的功能恢復(fù)。間充質(zhì)干細(xì)胞移植顯示可減少病變體積，增強感覺運動和認(rèn)知功能，促進血管生成和神經(jīng)發(fā)生，調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)，并改善突觸恢復(fù)。盡管一些研究表明缺血性病變體積沒有顯著減少，但在運用MSCs后功能結(jié)果仍然有所改善；這些差異被認(rèn)為是由于大腦中動脈沒有再通。幾項臨床試驗似乎已經(jīng)證實MSCs是治療缺血性卒中的潛在選擇。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞治療缺血性中風(fēng)中

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞是一類特征與ESCs相似的克隆細(xì)胞，由Takahashi和Yamanaka首次發(fā)現(xiàn)，他們利用逆轉(zhuǎn)錄病毒通過相應(yīng)的逆轉(zhuǎn)錄病毒將四種因子（Sox2、Oct3/4、Klf4和cMyc）整合到小鼠和成人成纖維細(xì)胞中。迄今為止，iPSCs主要應(yīng)用于三個方面，即疾病建模、藥物發(fā)現(xiàn)和再生治療。

近年來，基于iPSC的細(xì)胞療法發(fā)展迅速，其潛力已被研究用于治療多種疾病。從iPSC分化的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞已被證明在黃斑變性的臨床前模型和臨床研究中是安全有效的。作為一種新的替代方法，iPSC技術(shù)在各種其他疾病中引起了越來越多的關(guān)注，包括缺血性中風(fēng)、心力衰竭、造血障礙、脊髓損傷和肝病。由于對所有這些應(yīng)用的詳細(xì)描述超出了本次審查的范圍，我們特別關(guān)注與缺血性卒中相關(guān)的關(guān)鍵問題。

多種動物實驗表明，iPSCs的應(yīng)用在缺血性卒中治療中發(fā)揮著重要作用，包括改善感覺運動功能，減少病灶體積，促進神經(jīng)發(fā)生和血管生成，并在受缺血性中風(fēng)影響的嚙齒動物的大腦中發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用。然而，一些動物實驗并沒有達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，例如梗死體積顯著減少和行為改善。在此，iPSC移植在缺血性腦卒中模型中的實驗總結(jié)如表1所示，并總結(jié)了缺血性腦卒中的動物模型、隨訪期和實驗結(jié)果。

表1.缺血性中風(fēng)模型中iPSC移植實驗的總結(jié)

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞治療缺血性卒中的作用機制

缺血性中風(fēng)引起的神經(jīng)功能缺損主要是由于各種神經(jīng)細(xì)胞的丟失，包括神經(jīng)元和不同類型的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。在缺血性腦卒中動物模型中植入iPSCs可有效促進神經(jīng)功能的恢復(fù)。已經(jīng)提出了多種機制來解釋iPSC在治療缺血性中風(fēng)中的這些有益作用，包括細(xì)胞替代、神經(jīng)保護、調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)，以及刺激血管生成、突觸發(fā)生和內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生（圖1）。

細(xì)胞替代和神經(jīng)保護：iPSC衍生的NSC (iNSC)，包括通過基于游離質(zhì)粒的重編程技術(shù)產(chǎn)生的iPSC，可以分化為三種主要的神經(jīng)譜系，即神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。

臨床表明數(shù)據(jù)表明，iNSC治療可能具有神經(jīng)保護作用，導(dǎo)致大腦皮層神經(jīng)元細(xì)胞死亡減少和小膠質(zhì)細(xì)胞活化受到抑制，從而導(dǎo)致基因表達(dá)發(fā)生變化，從而減少炎癥并改善組織恢復(fù)。

炎癥和免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)：研究人員表明在中風(fēng)后24小時將iPSC衍生的NSC移植到海馬中可以減輕血腦屏障損傷，同時降低促炎標(biāo)志物的表達(dá)水平，小膠質(zhì)細(xì)胞活化和粘附分子，導(dǎo)致移植后第一周運動和感覺運動功能顯著改善。

刺激血管生成：在星形膠質(zhì)細(xì)胞和受損大腦的血管壁中檢測到血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF) 的表達(dá)。VEGF的免疫反應(yīng)性早在移植后1周就上調(diào)。雖然在老年大鼠移植后8周反應(yīng)性相對較弱，但結(jié)果表明VEGF分泌對早期恢復(fù)的可塑性和炎癥有一定的影響。

刺激突觸發(fā)生和內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生：此外，研究了缺血性腦中神經(jīng)回路重建的可能性。結(jié)果表明，iPSCs在胚狀體樣聚集體的無血清培養(yǎng)下可以分化為人端腦祖細(xì)胞，這些細(xì)胞不僅在體內(nèi)存活，而且還生長出軸突并延伸到小鼠的腦缺血區(qū)。

結(jié)論與未來展望

干細(xì)胞治療及其特點研究的爆炸式發(fā)展，開創(chuàng)了缺血性腦卒中治療的新紀(jì)元。同時，iPSC技術(shù)在治療缺血性腦卒中方面也日趨成熟，在臨床前模型中取得了可觀的成果，從而繞過了與使用ESC相關(guān)的倫理和免疫排斥問題。目前，iPSCs被認(rèn)為是一種很有前途的臨床治療工具，有望在不久的將來實際應(yīng)用。要實現(xiàn)這一療法，我們應(yīng)該努力克服剩余的障礙，進行更廣泛、更深入的臨床試驗。重要的是，優(yōu)化iPSC的培養(yǎng)和分化方法需要達(dá)成共識。

綜上所述，隨著iPSCs技術(shù)的快速進步和改進，以及對重編程和治療機制的深入了解，為缺血性卒中患者提供安全、相對高效的iPSCs的最終目標(biāo)可能在不久的將來成為現(xiàn)實。

參考資料：Duan R, Gao Y, He R, Jing L, Li Y, Gong Z, Yao Y, Luan T, Zhang C, Li L and Jia Y (2021) Induced Plurpotent Stem Cells for Ichemic Stroke Treatment. 正面。神經(jīng)科學(xué)。15:628663。doi: 10.3389/fnins.2021.628663.

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