腦卒中是全球死亡和殘疾的主要原因，缺血性中風(fēng)占中風(fēng)的80%以上。在美國，估計約有700萬成年人有中風(fēng)病史，約占人口的 2.5%。目前有效的治療方法包括再灌注療法，例如重組組織纖溶酶原激活劑；但這必須在有限的時間窗口內(nèi)進(jìn)行（中風(fēng)發(fā)作后4.5小時內(nèi)）；因此，只有2-4%的患者從中受益。中風(fēng)后殘疾帶來嚴(yán)重的社會和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；很少有人自發(fā)康復(fù)，很多人永久殘疾。傳統(tǒng)的康復(fù)治療往往收效甚微。
受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 自我修復(fù)的能力是有限的，因此尋找促進(jìn)恢復(fù)的替代方法將徹底改變中風(fēng)治療。干細(xì)胞療法是一種新型療法，有望替代急性期溶栓和慢性期康復(fù)。神經(jīng)干細(xì)胞 (NSC) 和神經(jīng)干/祖細(xì)胞 (NSPC) 被認(rèn)為是建立干細(xì)胞庫的理想候選者，干細(xì)胞庫可以為修復(fù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和血管重塑提供持續(xù)供應(yīng)的神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。
使用神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行移植治療腦卒中具有四個被廣泛接受的優(yōu)點(diǎn)：
（1）比胚胎干細(xì)胞（ESCs）具有更高的腦樣相似性；神經(jīng)干細(xì)胞可以分裂和分化成與其周圍微環(huán)境中的細(xì)胞相對應(yīng)的細(xì)胞類型，并且它們的形態(tài)和功能與附近的宿主細(xì)胞非常相似。
(2) 比間充質(zhì)干細(xì)胞更容易遞送；中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有特殊的結(jié)構(gòu)，即血腦屏障 (BBB)，使外源性“種子細(xì)胞”難以進(jìn)入，而常規(guī)移植到室管膜下區(qū)或齒狀回的神經(jīng)干細(xì)胞具有“占位符”效應(yīng)。
(3) 比神經(jīng)元類似物更低的排斥反應(yīng)；即使對于移植的個體間或物種神經(jīng)干細(xì)胞，免疫排斥也極為罕見。
(4) 較強(qiáng)的趨化性和遷移能力；神經(jīng)干細(xì)胞具有遷移到受損部位的能力。
本綜述總結(jié)了近期發(fā)表的研究成果，重點(diǎn)關(guān)注神經(jīng)干細(xì)胞來源、和機(jī)制以及臨床試驗(yàn)，旨在為治療干預(yù)提供決策依據(jù)，并為未來神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦卒中推向臨床應(yīng)用的研究方向提供建議。
神經(jīng)干細(xì)胞的類型和來源
胚胎干細(xì)胞衍生的神經(jīng)干細(xì)胞系（胚胎供體）：這些細(xì)胞系是源自早期胚胎或胚胎神經(jīng)組織的NSC。早期ESC是受精后5-7天、植入子宮之前胚泡中的未分化細(xì)胞。它們是全能干細(xì)胞，具有發(fā)育成任何細(xì)胞類型的能力。部分外胚層會分化成神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞。
成人腦神經(jīng)干細(xì)胞系（成人供體）：人腦中有兩個主要的神經(jīng)源性生態(tài)位，即腦室下區(qū) (SVZ) 和亞顆粒區(qū)，可以從中獲得成人NSC。
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的神經(jīng)干細(xì)胞：高橋等人成功將人類細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC），這些細(xì)胞已成為理想的自體移植細(xì)胞資源。移植的iPSC-NSCs在中風(fēng)治療中的優(yōu)勢很多，例如增強(qiáng)運(yùn)動感覺功能、減少梗死面積、促進(jìn)軸突發(fā)育、促進(jìn)血管生成和調(diào)節(jié)炎癥因子。
目前神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦卒中的臨床級產(chǎn)品有哪些
已在臨床試驗(yàn)中探索了轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞系。修飾的細(xì)胞系可以在體外以穩(wěn)定的速率無性繁殖，形成永生化細(xì)胞系。永生化細(xì)胞系具有增殖能力強(qiáng)、對環(huán)境適應(yīng)性好、細(xì)胞身份易控制和同化入人體組織等優(yōu)點(diǎn)。
CTX0E03：CTX0E03是一種人類神經(jīng)干細(xì)胞系，已使用與突變雌激素受體融合的條件永生化c-MYC基因進(jìn)行基因修飾。無血清生產(chǎn)的CTX0E03被認(rèn)為是最有希望的治療級人類神經(jīng)干細(xì)胞系。
Sinden等人的評論詳細(xì)介紹了CTX細(xì)胞治療從實(shí)驗(yàn)室起源到臨床進(jìn)展的全過程。人類神經(jīng)干細(xì)胞 (CTX0E03) 的移植促進(jìn)了中風(fēng)患者的顯著行為恢復(fù)。恢復(fù)程度與細(xì)胞劑量和旁分泌機(jī)制呈正相關(guān)（表格1）。
| 代號 | 初始來源 | 處理方法 | 細(xì)胞來源 | 臨床前研究證據(jù) | 臨床試驗(yàn) | 疾病 | 限制 | 參考 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CTX0E3 | 同種異體 | 用c-mycER轉(zhuǎn)染 | 永生化人類神經(jīng)干細(xì)胞系 | 神經(jīng)發(fā)生和血管發(fā)生（外泌體） | NCT01151124 | 慢性缺血性中風(fēng) | 入學(xué)后長期恢復(fù) | Stroemer等人2009年； Kalladka等人2016年 |
| NT2N | 同種異體 | 視黃酸處理后的體外神經(jīng)元表型 | 克隆人畸胎癌細(xì)胞系 | 多巴胺能表型 | 納爾遜等人。(2002) | PD、HD、外傷 | 腫瘤形成經(jīng)歷；凋亡樣細(xì)胞死亡；對中風(fēng)的治療影響可忽略不計 | Borlongan等人1998年； 赫爾伯特等人1999年； 貝克等人2000年；尼爾森等人2002年 |
| SB623 | 同種異體 | 含有Notch-1胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)染表達(dá)載體 | 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 神經(jīng)營養(yǎng)、血管生成和神經(jīng)保護(hù)作用 | NCT01287936 | 慢性穩(wěn)定性中風(fēng)和外傷 | 更少的研究和試驗(yàn)；非隨機(jī)設(shè)計 | Dezawa等人2004年； 斯坦伯格等人2016年 |
| NSI-566 | 同種異體 | 未經(jīng)基因改造的單個胎兒脊髓 | 原代貼壁人神經(jīng)干細(xì)胞系 | 與宿主組織整合；免疫抑制作用 | NCT03296618 | 肌萎縮側(cè)索硬化癥、脊髓損傷 | 較少的臨床試驗(yàn) | Glud等人2016年； 柯蒂斯等人2018年； 張等人2019a |
NT2N：NT2N (hNT) 細(xì)胞是源自克隆人畸胎癌細(xì)胞系的神經(jīng)元，在體外視黃酸處理后獲得永久性的有絲分裂后神經(jīng)元表型，并已顯示在體內(nèi)形成操作性突觸和分泌神經(jīng)遞質(zhì)。
SB623：SB623細(xì)胞是通過用編碼人NOTCH1細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的表達(dá)載體瞬時轉(zhuǎn)染間充質(zhì)干細(xì)胞而開發(fā)的，并且已顯示在實(shí)驗(yàn)性局灶性缺血后遞送至嚙齒動物大腦后可減少病變體積并促進(jìn)功能恢復(fù)。
NSI-566：NSI-566是一種來自單個胎兒脊髓的穩(wěn)定的初級貼壁人-NSC 系，未經(jīng)基因改造，已獲得美國食品和藥物管理局的臨床試驗(yàn)授權(quán)。它在完成的II期肌萎縮側(cè)索硬化癥和I期脊髓損傷試驗(yàn)中顯示出良好的安全性和耐受性。
神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦卒中的作用機(jī)制
歸巢和細(xì)胞更換：歸巢是神經(jīng)祖細(xì)胞 (NPC)/NSC 利用趨化性移動到損傷部位的過程。
旁分泌作用：隨著研究的進(jìn)展，用干細(xì)胞替代丟失的神經(jīng)元被證明不是主要的神經(jīng)重塑機(jī)制，因?yàn)楦杉?xì)胞替代不能完全解釋在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象。
旁分泌證據(jù)：首先，示蹤方法表明，歸巢干細(xì)胞的數(shù)量遠(yuǎn)小于移植的干細(xì)胞數(shù)量，通過動靜脈途徑注射的細(xì)胞仍然可以發(fā)揮作用。此外，人們認(rèn)為血管通路中的干細(xì)胞很少通過BBB。其次，細(xì)胞替代機(jī)制不能解釋早期NSC移植的功效；神經(jīng)細(xì)胞的分化、突觸的重建和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重排很難在短時間內(nèi)完成。
旁分泌囊泡：細(xì)胞外囊泡被認(rèn)為是介導(dǎo)受損腦組織恢復(fù)的關(guān)鍵。外泌體和microRNA (miR) 的發(fā)現(xiàn)為大腦重塑過程和細(xì)胞修復(fù)機(jī)制提供了基礎(chǔ)。
炎癥效應(yīng)：繼發(fā)性炎癥加劇中風(fēng)后少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡，和含有內(nèi)源性T調(diào)節(jié)細(xì)胞的干細(xì)胞可以調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞生長因子和白細(xì)胞介素6的水平并抑制白質(zhì)損傷。調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵步驟是抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。
神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦卒中的臨床試驗(yàn)概述
臨床試驗(yàn)比動物模型實(shí)驗(yàn)更難推進(jìn)。自2020年4月20日以來，已有88項中風(fēng)臨床試驗(yàn)在ClinicalTrials.gov注冊。在涉及神經(jīng)干細(xì)胞的六項研究中，三項已公布了結(jié)果。還有兩項針對兒童缺氧缺血性腦病和缺血相關(guān)性腦癱的神經(jīng)干細(xì)胞移植的臨床試驗(yàn)。表2）。
使用神經(jīng)干細(xì)胞治療中風(fēng)的臨床試驗(yàn)（主動和募集）
| NCT number | Tittle | Status | Interventions | Study type | Outcome measure | Population | Sponsor | Process observed |
| NCT03296618 | Intracerebral transplantation of neural stem cells for the treatment of ischemic stroke | Active (completed) | NSI-566: A group: 1.2 × 107; B group: 2.4 × 107; C group: 7.2 × 107 | Interventional (one-time intra-cerebral injections) | AE & NIHSS & mRS, MMSE, FMMS | Enrollment: 9; age: 33–65 yr (150–743 d post-stroke) | Suzhou Neuralstem Biopharmaceuticals Neuralstem Inc. | NP; NG; MR; VR |
| NCT03725865 | A clinical study of iNSC intervent cerebral hemorrhagic stroke | Not yet recruiting | iNSCs | Interventional | Emergent AE | Enrollment:12; age: 30–65 yr; sex: both | Allife Medical Science and Technology Co. Ltd. | NP; NG; MR; VR |
| NCT01151124 | Pilot investigation of stem cells in stroke | Active (completed) | CTX0E03 (NSCs), single doses of 2 million, 5 million, 10 million, or 20 million cells | Intervention (stereotactic ipsilateral putamen injection) | AE&BI& MMSE, mRS, EQ-5D | Enrollment: 12; age: 60–85 yr (29 mon post-stroke); sex: male | ReNeuron Limited (Division of Clinical Neurosciences, Glasgow) | NP; NG; MR; VR |
| NCT03629275 | Investigation of neural stem cells in ischemic stroke | Recruiting | Combination product: CTX0E03 drug product and delivery device; Drug: placebo | Intervention | mRS at 6 mon BI; basic mobility changing and TUG, CAHAI & SDMT & COWAT & MNT & MCA | Enrollment: 110; Age: 35–75 yr (adult, older adult); aex: both | ReNeuron Limited (University of California, Irvine, CA, USA) | NP; NG; MR; BN; VR |
| NCT02854579 | Neural progenitor cell and paracrine factors to treat hypoxic ischemic encephalopathy | Active (completed) | Biological: NPC; Biological: paracrine factors; Biological: progenitor cell and paracrine factors | Interventional; intra-cerebral injections | Neonatal behavioral assessment; adverse events; Bayley score; Peabody development measure scale; MRI or CT | Enrollment:120; age: up to 14 d (child); sex: both | Navy General Hospital, Beijing, China | NP; NG; MR; BN; VR |
| NCT02117635 | Pilot investigation of stem cells in stroke phase II efficacy | Complete | Biological: CTX DP | Interventional | ARAT and after CTX; NIHSS; RFA & BI after CTX; Safety/ Tolerability; FMMS after CTX | Enrollment: 23; age: 40 yr older (adult, older adult); sex: both | ReNeuron Limited (Queen Elizabeth Hospital, Birmingham, UK) | NP; NG; MR; VR; |
| NCT04047563 | Efficacy of sovateltide (PMZ-1620) in patients of acute ischemic stroke | Recruiting | Drug: PMZ-1620 (sovateltide) along with standard treatment | Interventional, phase 3 | NIHSS/mRS; change in quality-of-life; change in Stroke-Specific Quality of Life | Enrollment: 110; age: 18–78 yr (adult, older adult); sex: both | Pharmazz, Inc. | NP; NG; MR; VR |
| NCT03005249 | Neural stem cells therapy for cerebral palsy | Recruiting | Biological: NSC | Interventional, intranasal administration | GMFM-88 score; Fine Motor Function Measure score; modified Ashworth Scale score; AEEG/ MRI/EMG | Enrollment: 20; age: 1–12 yr (child); cerebral palsy | The First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian, China | NP; NG; MR; VR |
AE：不良事件；AEEG：振幅綜合腦電圖；ARAT：行動研究手臂測試；BI：巴塞爾指數(shù)；BN：大腦網(wǎng)絡(luò)；CAHAI：Chedoke 手臂和手部活動量表；COWAT：受控的口語聯(lián)想任務(wù)（語言技能）；CTX：CTX0E03，人類NSC系；DP：藥品；肌電圖：肌電圖；EQ-5D：EuroQol-5D；FMMS：Fugl-Meyer 運(yùn)動評分；GMFM-88：粗大運(yùn)動功能測量儀-88；iNSC：誘導(dǎo)的 NSC；MCA：蒙特利爾認(rèn)知評估（語言技能）；MMSE：簡易精神狀態(tài)檢查；MNT：多語言命名測試（語言技能）；MR：髓鞘修復(fù)；mRS：改良Rankin量表；NG：神經(jīng)突生長；NIHSS：美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表；NP：神經(jīng)元極性；NPC：神經(jīng)祖細(xì)胞；NSCs：神經(jīng)干細(xì)胞；射頻識別：Rankin 重點(diǎn)評估；SDMT：符號數(shù)字模式測試（語言技能）；TUG：定時啟動測試；VR：血管再生。
NCT01151124是近年來干細(xì)胞治療腦卒中最有影響的臨床研究之一。CTX0E03細(xì)胞的良好功效和安全性為人類神經(jīng)干細(xì)胞移植項目的開展提供了足夠的信心。由ReNeuron (PISCES-III) 公司主持的NCT03629275研究將包括比NCT01151124試驗(yàn)（12個中心，預(yù)計110名患者）更多的參與者，以進(jìn)一步證明CTX0E03細(xì)胞的臨床效果。
需要注意的是，ReNeuron還為中風(fēng)患者使用了人胎神經(jīng)干細(xì)胞移植，并且在I期和II期研究中未發(fā)現(xiàn)細(xì)胞相關(guān)或免疫學(xué)不良事件（分別為11和42名患者）。然而，從Steinberg等人的SB623移植試驗(yàn)的積極結(jié)果來看。招募了18名穩(wěn)定的慢性卒中患者，還應(yīng)該認(rèn)識到，盡管具有長期療效，但移植的安全性不容忽視。
使用NSI-566細(xì)胞進(jìn)行的NCT03296618研究最近發(fā)表了令人鼓舞的結(jié)論，這些細(xì)胞以前曾在脊髓損傷方面進(jìn)行過臨床試驗(yàn)（Curtis 等人，2018年）。三個隊列被一次性腦內(nèi)注射1.2×107、2.4× 107或7.2 ×107的NSI-566細(xì)胞移植，用于治療慢性運(yùn)動性卒中導(dǎo)致的偏癱，以確定未來試驗(yàn)的最大耐受劑量。用他克莫司進(jìn)行免疫抑制治療28天。12個月后，9名參與者的平均Fugl-Meyer運(yùn)動評分顯示改善16點(diǎn)（P=0.0078），平均改良Rankin量表顯示改善0.8點(diǎn)，平均美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表顯示改善3.1個點(diǎn)。在24個月的隨訪中，這些變化保持穩(wěn)定。
神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦卒中目前面臨的問題
細(xì)胞來源：盡管取得了積極的成果，但神經(jīng)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用卻很困難。神經(jīng)干細(xì)胞臨床試驗(yàn)中遇到的問題之一是細(xì)胞來源。自體細(xì)胞的排斥相對不常見，但與胎兒神經(jīng)干細(xì)胞相比，成人神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)據(jù)非常有限，缺乏系統(tǒng)表征和提取部位的差異。
時間：移植時間是否應(yīng)選擇在卒中急性期（24-72小時內(nèi)）尚有爭議。在此期間接收者的狀態(tài)很難估計。在卒中恢復(fù)期和慢性卒中期（卒中后90天）可提倡神經(jīng)干細(xì)胞治療。總之，神經(jīng)干細(xì)胞移植時間最有可能在受傷后一百天左右最有益。目前進(jìn)行的所有I期臨床試驗(yàn)都假設(shè)治療期越長，細(xì)胞對人身安全構(gòu)成的風(fēng)險就越小。
評估移植途徑和細(xì)胞劑量：不同給藥途徑的有效劑量顯著不同：靜脈內(nèi)>動脈內(nèi)>鞘內(nèi)>腦內(nèi)。
對于中風(fēng)，NSPCs主要使用腦內(nèi)途徑進(jìn)行研究。腦內(nèi)注射的神經(jīng)元可以重建宿主大腦中受損的長軸突投射和突觸連接。與康復(fù)對照組相比，接受治療的慢性中風(fēng)患者的運(yùn)動功能也得到了顯著改善。
腦內(nèi)和鞘內(nèi)給藥快速而直接，但兩者都是具有高風(fēng)險的侵入性治療，如繼發(fā)性腦水腫和顱內(nèi)高壓。基礎(chǔ)研究表明，細(xì)胞替代不是干細(xì)胞的主要治療機(jī)制，干細(xì)胞具有遷移能力；因此，需要重新評估以這種方式將細(xì)胞運(yùn)送到現(xiàn)場的風(fēng)險。
與手術(shù)植入相比，動脈內(nèi)和血管內(nèi)注射侵入性更小，更容易進(jìn)行，但可能會發(fā)生嚴(yán)重后果，例如血管閉塞和肺栓塞。血管輸送可能對細(xì)胞存活產(chǎn)生重大影響，并且很難確保有效數(shù)量的細(xì)胞通過BBB。所以，沒有足夠的證據(jù)表明NSC遞送的血管途徑具有治療潛力。
值得注意的是，正在評估一些更無創(chuàng)且可接受的遞送途徑。例如，在鼻內(nèi)給藥后，干細(xì)胞和神經(jīng)營養(yǎng)因子可以通過喙?fàn)畎暹w移到中樞神經(jīng)系統(tǒng)中。這NCT03005249試驗(yàn)已注冊用于神經(jīng)干細(xì)胞鼻內(nèi)給藥。
結(jié)論
神經(jīng)干細(xì)胞移植有利于損傷后大腦結(jié)構(gòu)和功能的修復(fù)，并在臨床前和臨床研究中得到充分驗(yàn)證。預(yù)計神經(jīng)干細(xì)胞移植將在腦卒中的治療中取得顯著成果。然而，神經(jīng)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用仍有幾個緊迫的問題需要解決。
- 1、對網(wǎng)絡(luò)微環(huán)境的功能恢復(fù)過程和結(jié)構(gòu)修復(fù)機(jī)制進(jìn)行了深入細(xì)致的解釋；
- 2、深入研究神經(jīng)干細(xì)胞移植的治療機(jī)制；
- 3、選擇最合理的給藥途徑、劑量和時機(jī)；
- 4、完善評價體系和倫理標(biāo)準(zhǔn)。我們的綜述初步總結(jié)了目前神經(jīng)干細(xì)胞神經(jīng)再生和腦卒中損傷后功能恢復(fù)的機(jī)制。圖2。
NSCs具有獨(dú)特的細(xì)胞替代、旁分泌作用、炎癥調(diào)節(jié)和神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。NSC治療的基礎(chǔ)和臨床研究有望實(shí)現(xiàn)中風(fēng)后的功能恢復(fù)。CP：腦癱；NPC：神經(jīng)祖細(xì)胞；NSC：神經(jīng)干細(xì)胞；NSPC：神經(jīng)干/祖細(xì)胞；RMS：喙洄游流；SGZ：亞粒區(qū)；SVZ：腦室下區(qū)。
神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦部疾病的相關(guān)科研及臨床研究正在多方位展開，得到了快速的發(fā)展，取得了可喜的成績。相信隨著科學(xué)研究與醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，神經(jīng)干細(xì)胞移植療法可以將腦部疾病的治療窗口延長，為腦部疾病的治療提供新型的解決方案。
參考資料：Jiao Y, Liu YW, Chen WG, Liu J. Neuroregeneration and functional recovery after stroke: advancing neural stem cell therapy toward clinical application. Neural Regen Res. 2021 Jan;16(1):80-92. doi: 10.4103/1673-5374.286955. PMID: 32788451; PMCID: PMC7818886.
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