干細胞治療中風的多種方法應用

前言：中風對人體造成衰弱，并對社會產生嚴重的負面影響，全球發病率為六分之一。據世界衛生組織統計，全球每年有1500萬人患有中風。其中，“據北京日報消息：我國目前中風患者高達1300萬人,每年新增中風病例180萬，到2030年或超3000萬!”

偏癱、癱瘓、慢性疼痛、精神運動和行為癥狀等運動和認知缺陷可能長期持續，并阻止患者完全重新融入社會，因此繼續增加中風的昂貴醫療負擔。使用干細胞的再生醫學似乎是治療中風后遺癥的靈丹妙藥。基于干細胞的治療有助于神經再生和神經保護，從而促進患者的神經恢復。

然而，使用干細胞治療中風患者仍然需要在基礎和轉化水平上進行大量研究。除了干細胞逆轉癥狀的作用方式尚不清楚外，在建立中風干細胞療法之前還需要解決幾個臨床參數，例如要施用的干細胞類型、干細胞的數量等。干細胞、給藥時間、是否需要加強劑量、給藥途徑等。使用干細胞衍生的外泌體進行無細胞治療也具有前景。有幾項正在進行的臨床前研究旨在回答這些問題。盡管仍處于開發階段，干細胞療法對于中風患者的神經康復具有巨大的潛力。

中風康復模式

中風后的恢復被解釋為一系列豐富的事件，包括細胞、分子、遺傳、人口統計和行為成分。這些因素已被證明是具有良好神經生物學基礎的恢復劑治療試驗中的協變量。功能神經成像和大腦繪圖方法的進步為人類中風康復提供了有價值的并行數據收集系統。中風患者的康復情況在很大程度上取決于病變的大小、腦損傷的內部環境以及患者的年齡和合并癥狀況。

一般來說，第一個時期包括中風后的最初幾個小時，此時血流、水腫、促炎機制發生快速變化。

第二個時期與自發行為恢復有關，它在中風發作后幾天開始并持續數周。在此時期，隨著內源性修復相關事件達到峰值水平，大腦被激發以啟動修復，這表明啟動外源性恢復療法的黃金時期。

第三個時期開始于中風后數周至數月，此時自發行為增益通常已達到平臺期，并且這種穩定狀態對許多恢復性干預措施有反應。

干細胞在神經修復中的作用機制

干細胞具有分化成所有類型細胞的能力。外源施用的細胞似乎會刺激內源性修復過程，并且不會替代受損的腦組織。人們曾經認為靜脈注射的細胞會定位在受傷部位并取代死亡的神經元，但目前使用這些細胞的理念認為這些細胞會釋放許多營養因子，如VEGF、IGF、BDNF和組織生長因子刺激大腦可塑性和恢復機制。生長因子的上調、防止持續的細胞死亡以及增強宿主和移植物之間的突觸連接是靜脈干細胞作為“伴侶”發揮作用的一些常見途徑。關于移植的時機，但很少有研究比較不同的時間窗口，根據所研究的模型系統和細胞類型，結果會有所不同。干細胞所有可能的作用模式已在圖1中描述。

腦中風再生醫學發展的轉化方法

干細胞獨特的自我更新和分化能力已被用來設計針對各種神經退行性疾病（包括腦中風）的細胞療法。已經有幾項研究報告了干細胞在治療各種疾病中的應用，這些研究將在接下來的段落中討論。這些研究使用了各種干細胞，例如成體干細胞（間充質干細胞和神經干細胞）、胚胎干細胞以及最新類型的誘導多能干細胞。除了使用不同類型的干細胞外，科學家還報告了獨特的作用模式來支持他們的研究結果。除了這些可變點之外，還有其他考慮因素，例如干細胞的劑量、干細胞的給藥方式以及是否需要加強劑量，取決于疾病的嚴重程度。各個團體都試圖通過他們的研究來回答這些重要問題。

缺血性中風通過破壞異質細胞群和神經元連接以及血管系統，對腦細胞造成嚴重損害。幾種類型的干細胞（如胚胎干細胞、神經干細胞、成體干細胞（間充質干細胞）和誘導多能干細胞）的再生潛力已被評估用于治療中風。這些研究的結果和觀察結果并不一致。大多數研究僅評論了干細胞在該部位的歸巢、存活、增殖和分化及其有限的神經恢復能力。

應用治療腦中風的干細胞有哪些

胚胎干細胞：胚胎干細胞（ESC）是源自囊胚內細胞團的多能細胞。然而，由于ESC的免疫原性和畸胎瘤形成傾向，許多其他團體反對在臨床環境中使用ESC。

神經干細胞：因此，科學家們現在正在嘗試確定其他干細胞類型的神經恢復能力。理論上，神經干細胞（NSC）是最適合神經修復的細胞候選者，因為它們屬于相同的組織來源，并且具有分化為神經元細胞的自然傾向。NSC 是多能細胞，通常存在于海馬齒狀回的顆粒下區。據報道，NSC的植入可導致受損大腦中突觸連接的重建和成熟神經元電生理特性的改善。

它們通過改善細胞外微環境從而促進神經元回路可塑性來實現這一點。NSC分泌多種神經營養因子（如 BDNF 和 VEGF）來恢復神經元功能，這些因子有助于維持神經元的健康、生成、增殖和存活，以及維持 ECM。VEGF特別有助于因缺血而受損的血管的血管生成和血管修復。CNTF、GDNF、NGF和NSCs分泌的其他此類因子也在神經細胞的保護、維持和增殖中發揮著重要作用。

間充質干細胞：另一種類型的細胞具有驚人的神經恢復潛力，并且具有其他一些理想的特性，例如免疫學上的原始性、易于在體外提取、維持和擴增，并且沒有相關的倫理問題，是間充質干細胞（MSC）。間充質干細胞是多能干細胞，在骨髓、脂肪組織、臍帶、臍帶血、牙髓等身體組織中占有一席之地。從這些組織中提取間充質干細胞是一個非常成熟且簡單的過程，并且已廣泛應用于各種臨床試驗。間充質干細胞通過一種或多種作用方式導致神經恢復，例如釋放旁分泌因子、細胞替代、線粒體轉移等。間充質干細胞還具有血管生成作用。據報道，它們通過釋放血管內皮生長因子（VEGF）來誘導血管生成。

誘導多能干細胞：最近因其翻譯價值而被探索的另一種干細胞是誘導多能干細胞（iPSC）。在Takahashi和Yamanaka (2006)的突破性發現之后，iPSC的研究蓬勃發展。iPSC比其他類型的干細胞具有優勢，因為它不具有免疫原性、易于獲取、非干預性且不會引起倫理問題。然而，它們的產生仍然是一個未解決的問題，因為重編程效率仍然很低。此外，一些研究報告了小鼠大腦中畸胎瘤的形成，這意味著在將iPSC應用于臨床之前，需要解決和解決其致瘤性。iPSC似乎是用于組織再生的強大干細胞。

腦中風的生物活性成分：聯合療法

補充和替代醫學以及干細胞療法的使用在腦中風患者的康復中也發揮著重要作用。在中風發作期間，大多數促炎細胞因子都參與其中，并且從藥用植物不同部位提取的許多多酚化合物已被證明可以在臨床前模型中預防腦缺血。從甘草根中提取的甘草甜素，可預防中風引起的大鼠腦損傷。中風前后腹腔注射甘草酸有助于通過改善IFN-γ介導的T細胞活性來抑制梗塞，而T細胞活性部分受高遷移率族box-1調節。靜脈注射重組纖溶酶原組織激活劑 (rtPA) 的使用在五年前就已被批準，但rtPA治療的局限性包括中風后4.5小時的治療窗口狹窄以及出血轉化的高風險。

腦中風患者的間充質干細胞移植是一種現有的方法，但由于治療過程中缺氧、缺糖，有時會在間充質干細胞中觀察到炎癥。

研究表明藥用植物含有幾種重要的生物活性成分，有助于多種方式。已經使用植物衍生產品進行了大量臨床前研究，這些產品有助于調節MSC的增殖和分化，并可用于生物材料領域。因此，植物化學物質與干細胞療法的新聯合療法可能成為基于干細胞的神經再生的新視角。

干細胞治療腦中風的臨床前研究

干細胞在治療中風方面的益處的實驗證據已經在數年的過程中提供。各種類型的干細胞在各種神經系統疾病中的用途及其在臨床前和臨床水平上的安全性和有效性已得到證實。干細胞治療中風的臨床前驗證發揮了重要作用。各個研究小組已經從各種參數方面驗證了干細胞的使用，例如干細胞類型、干細胞數量/劑量、給藥方式、干細胞的歸巢和跟蹤以及干細胞的安全性和有效性。

在中風治療中最常用和研究最廣泛的干細胞是間充質干細胞。在MSC的各種組織來源中，最常見和廣泛探索的是骨髓和脂肪組織，其中骨髓是最古老的。然而，神經干細胞和骨髓來源的單核干細胞也已被探索。

再生醫學治療腦中風的臨床試驗

腦血管中風可導致發病率和死亡率，并導致長期殘疾，影響生活質量。中風與神經炎癥有關，神經炎癥在不同類型腦血管意外的病理生理學中起著關鍵作用。我們對中風臨床研究數據庫進行了嚴格檢索，發現了超過56項關于使用再生醫學（自體或同種異體）治療腦血管中風的臨床試驗。其中大多數使用間充質干細胞、脂肪組織、骨髓源性細胞以及脊髓和臍帶細胞。

表格1介紹了一些涉及干細胞治療（自體和同種異體）的臨床試驗，給出了他們的研究設計、劑量、給藥途徑和結果。我們在中風再生醫學方面的經驗強調細胞的安全性和耐受性，但功效仍需解決。與僅接受物理治療的患者相比，接受自體骨髓來源細胞治療的患者的臨床和功能模式恢復得更好。我們主要針對間充質干細胞、脂肪組織干細胞和骨髓單核干細胞等不同干細胞進行了各種臨床試驗。正在進行中（表1）調查了潛在的功效和安全性，沒有發生任何不良或嚴重不良事件。

進行了一項開放標記觀察者盲法臨床試驗，以評估自體 MSC 的長期安全性和有效性。MSCs移植后，在接受MSC治療的患者組中觀察到患者的臨床改善，這與血清基質細胞衍生因子1的水平和側腦室室下區的受累程度有關。在對患者的長期隨訪中未觀察到嚴重的不良反應。與對照組相比，合并癥的發生率相似（Lee JS et al., 2010）。

在另一項單盲對照I/II期試驗中，大腦中動脈卒中患者被納入該研究。中風后5-9天注射自體骨髓單核細胞 (BM-MNC)。注射后觀察到血漿β-神經生長因子水平較高，除了兩名患者在隨訪3個月時觀察到部分性癲癇發作外，6個月內沒有觀察到任何不良事件。研究結果表明，BM-MNCs的動脈內給藥是安全可行的(?Moniche et al., 2012?)。

在亞急性缺血性中風患者的隨機、II期、多中心試驗組中，靜脈注射自體BM-MSC也顯示出更好的安全性（Prasad 等，2014））。根據外周血干細胞（PBSC）臨床前研究的結果，對大腦中動脈梗塞患者進行了隨機單盲對照研究。患者按照研究納入標準入組，并在立體定向植入免疫分選的PBSC之前連續5天接受皮下注射G-CSF。在研究過程或研究后續過程中未觀察到不良事件。通過NIHSS、ESS、EMS和mRS從基線到 12 個月的變化來觀察PBSC治療組和對照組的臨床結果。此外，這項研究還提供了重要證據，證明PBSC在改善中風相關的運動缺陷、重建受損的功能（陳等人，2014）。

另一項研究報道了慢性缺血性中風患者骨髓來源的單核細胞的旁分泌機制。對每位患者的BM-MNC中的 CD34+進行計數。靜脈注射BM-MNC會分泌膠質細胞源性神經營養因子以及BDNF、IGF-1和VGEF，這可能可以防止運動神經元功能障礙。試驗結果表明，BM-MNCs的給藥對于中風患者是安全可行的。

在另一項單中心I期研究中，觀察了源自單個人胎兒脊髓的NSI-566原代貼壁神經細胞的可行性和安全性。對患者進行的隊列研究對三種不同劑量進行了研究，結果表明，將人脊髓源性神經干細胞移植到穩定型中風患者的梗塞周圍區域是有益的。其背后的潛在機制是干細胞衍生組織主要由中間神經元和神經膠質細胞組成，它們促進再生并充當再生神經元纖維之間的橋梁（Zhang et al., 2019）。

同種異體間充質干細胞在慢性中風患者中的I/II期初步安全性和有效性研究顯示，I期和II期研究的劑量耐受性為150萬/kg體重。對患者靜脈注射同種異體間充質干細胞的主要結果進行了為期1年的測量，次要結果則根據行為變化進行了測量。在13名患者中觀察到可能與干預無關的AE/SAE，并觀察到??2種與研究干預相關的輕度AE，即尿路感染和靜脈部位刺激。然而，其他機制也已被證明，涉及細胞替代、免疫調節作用和中風后腦損傷的內源性修復。腦血管意外的干細胞治療總體上取決于它們的分化、炎癥、以及修復內源性過程的能力。這種再生醫學已成為現代神經病學的重要工具，對神經退行性疾病具有潛在功效。

經過廣泛的臨床前研究發現，針對中風的不同干細胞進行了臨床試驗，其中移植期間或移植后觀察到的AE/SAE可能與干預直接或間接相關。研究表明，必須進一步繼續對中風患者進行再生醫學的臨床前和臨床研究，以進一步闡明移植前后的安全性、有效性和毒性，以及它們為中風患者提供有效的再生醫學的能力。再生醫學治療腦血管中風的進一步臨床試驗已經完成，更多結果正在等待。

前景

隨著我們從過去和當前的中風臨床試驗中獲取更多證據，再生醫學看起來越來越有吸引力。描述干細胞及其串聯機制的神經生理學表明，恢復大腦功能可能是一個現實的目標。為了使這項研究成為中風治療的福音，某些問題仍然需要答案，例如最佳的細胞遞送途徑、注射細胞的初始植入和分布模式，以及注射細胞如何有效地遷移到受影響的部位。

盡管干細胞已被證明是治療中風的重要資源，但在不久的將來仍有一些障礙需要克服。具有多種參數的多種干細胞已被試驗用于治療中風。從使用的干細胞種類來看，有多能干細胞（ESC和iPSC）、神經干細胞和成體干細胞（來自各種組織的MSC）。多能干細胞存在倫理問題。

此外，NSCs的體外實驗也存在局限性。擴張（就需要移植的NSC數量而言）。MSC有能力解決這一問題。另一個問題是宿主體和移植干細胞之間的免疫耐受性。這個問題可以通過使用患者自身的細胞衍生MSC的iPSC來解決。除了這些問題之外，還有其他一些問題，例如細胞提取、擴增和分化的效率是否足以進行移植，以及最佳注射方式和最佳注射次數。盡管將干細胞療法納入各種疾病的主流治療中存在一些挑戰，但干細胞療法已經用于治療幾種退行性疾病和其他類型的疾病。

參考資料：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

免責說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業觀點，不構成任何臨床診斷建議！杭吉干細胞所發布的信息不能替代醫生或藥劑師的專業建議。如有版權等疑問，請隨時聯系我。