脊髓損傷 (SCI) 會導(dǎo)致局部神經(jīng)元死亡，以及連接大腦和脊髓的上行和下行軸突的斷裂。自一個多世紀(jì)前Ramon y Cajal的開創(chuàng)性研究以來，人們已認(rèn)識到成人中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 嚴(yán)重?fù)p傷的軸突無法自發(fā)再生，這常常導(dǎo)致永久性功能障礙，包括損傷平面以下的運動、感覺和自主神經(jīng)功能。

目前尚無獲批的臨床治療方法，可用于急性保護脊髓損傷后的神經(jīng)元和軸突或促進(jìn)其再生，這是一個巨大的未滿足的醫(yī)療需求。

神經(jīng)干細(xì)胞研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展為脊髓損傷（SCI）的潛在治療方法開辟了新的途徑。通常，神經(jīng)干細(xì)胞療法為脊髓損傷（SCI）的治療提供了三種潛在機制：

• (1) 通過移植分化為中間神經(jīng)元的神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）來“重新連接”受損的軸突通路，這些中間神經(jīng)元可在損傷部位充當(dāng)神經(jīng)元的中繼；
• (2) 通過移植NSC衍生的少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞（OPC），使損傷部位周圍剩余的宿主軸突進(jìn)行髓鞘再生；
• (3) 如果在損傷后足夠早地注射NSC，則可以提供神經(jīng)保護。

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷：2025修復(fù)機制解析、臨床試驗突破與轉(zhuǎn)化前景

2025年7月2號，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校神經(jīng)科學(xué)系在國際權(quán)威期刊雜志《Translational Neuroscience》發(fā)表了一篇“神經(jīng)干細(xì)胞治療脊髓損傷”的文獻(xiàn)綜述。

該綜述研究表明：神經(jīng)干細(xì)胞或神經(jīng)祖細(xì)胞 (NPC) 移植到嚴(yán)重脊髓損傷 (SCI) 部位后能夠存活，分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，并延伸出大量軸突，延伸至相當(dāng)長的距離，以便與損傷部位下方的宿主神經(jīng)元建立連接。反過來，宿主的軸突會再生到NSC/NPC移植物中，并與移植物來源的神經(jīng)元形成突觸連接。

因此，NSC/NPC移植物來源的神經(jīng)元可以作為神經(jīng)元中繼，重建損傷部位的神經(jīng)傳遞，即使在嚴(yán)重SCI后也能改善功能結(jié)局。

神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）的分離和特性

神經(jīng)干細(xì)胞的定義、起源與基本特性：神經(jīng)干細(xì)胞 (NSC) 是神經(jīng)系統(tǒng)的早期干細(xì)胞，具有自我更新能力，可分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（圖1）。它們主要來源于胚胎干細(xì)胞（存在于囊胚內(nèi)細(xì)胞團），在特定轉(zhuǎn)錄因子作用下，外胚層的一部分胚胎干細(xì)胞會分化為多能神經(jīng)干細(xì)胞，定位于神經(jīng)管。NSC在發(fā)育過程中存在時間因物種而異，會快速擴增并構(gòu)建原始神經(jīng)系統(tǒng)。

神經(jīng)干細(xì)胞的分化路徑與特殊類型：經(jīng)歷多次分裂后，NSC進(jìn)入中間階段成為神經(jīng)祖細(xì)胞，其自我更新能力受限。這些祖細(xì)胞分化為兩種限制性前體：神經(jīng)元限制性祖細(xì)胞（只產(chǎn)生神經(jīng)元）和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞限制性祖細(xì)胞（只產(chǎn)生星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞）。

最終，這些前體細(xì)胞停止分裂，成熟為特定細(xì)胞類型。此外，胚胎尾部存在一種獨特的雙能祖細(xì)胞——神經(jīng)中胚層祖細(xì)胞（NMP），可同時分化為神經(jīng)譜系（如脊髓祖細(xì)胞、神經(jīng)嵴細(xì)胞）和中胚層譜系。

神經(jīng)干細(xì)胞在疾病治療中的應(yīng)用潛力：目前已有成熟方案可誘導(dǎo)培養(yǎng)的NSC分化為特定功能的成熟細(xì)胞類型用于細(xì)胞替代治療。例如，可誘導(dǎo)產(chǎn)生多巴胺能神經(jīng)元治療帕金森病、紋狀體中間神經(jīng)元治療亨廷頓舞蹈癥、皮層神經(jīng)元治療中風(fēng)。

NSC也可被誘導(dǎo)分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞，用于治療髓鞘形成障礙性疾病。一些基于NSC的治療策略（如多巴胺能神經(jīng)元治療帕金森病）已進(jìn)入臨床試驗階段。

針對脊髓損傷的神經(jīng)干細(xì)胞治療策略：在脊髓損傷（SCI）治療中，主要探索兩種NSC策略：

• 一是移植多能NSC，期望其在損傷部位分化并替代神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，形成新的神經(jīng)連接；
• 二是移植已定向分化的少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞，旨在為殘留的宿主軸突重新形成髓鞘以恢復(fù)部分功能。

第三種潛在機制是移植細(xì)胞分泌神經(jīng)保護因子（如生長因子），在損傷早期起保護作用。

治療脊髓損傷的神經(jīng)干細(xì)胞從哪里來？

神經(jīng)干細(xì)胞的多樣化來源：早期研究主要使用來自發(fā)育中脊髓或腦的NSC或組織。如今，NSC及其衍生物有了更廣泛的替代來源：

• (1) 直接從胚胎干細(xì)胞分化而來；
• (2) 來自誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC，由成熟體細(xì)胞經(jīng)重編程獲得）；
• (3) 使用特定轉(zhuǎn)錄因子組合將體細(xì)胞直接重編程為NSC。

這些不同來源為研究和治療提供了更多選擇，下文將對這些細(xì)胞來源進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。

01、從發(fā)育中脊髓直接分離的神經(jīng)干細(xì)胞

在嚙齒動物胚胎發(fā)育的第11至18天或人類胚胎發(fā)育的第8至10周，可以直接從發(fā)育中的脊髓分離出神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）和正在向神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞定向分化的祖細(xì)胞。

這類細(xì)胞的關(guān)鍵優(yōu)勢在于其具有脊髓特異性的細(xì)胞命運，即傾向于分化為適合脊髓環(huán)境的細(xì)胞類型（如脊髓興奮性中間神經(jīng)元），這對于在脊髓損傷（SCI）部位重建功能性神經(jīng)突觸中繼至關(guān)重要。基于此優(yōu)勢，這類源自發(fā)育中脊髓的NSC已在臨床試驗中用于治療肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）和脊髓損傷。

02、胚胎干細(xì)胞（ESC）向神經(jīng)干細(xì)胞的轉(zhuǎn)化

胚胎干細(xì)胞（源自囊胚內(nèi)細(xì)胞團）具有分化為包括神經(jīng)干細(xì)胞在內(nèi)幾乎所有細(xì)胞類型的潛力。雖然人類和小鼠ESC系豐富，但常用SCI模型大鼠的ESC系卻相對稀少。

利用ESC可以生成用于治療的神經(jīng)干細(xì)胞及其衍生物：早期研究曾生成少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞（OPC）用于軸突髓鞘再生，現(xiàn)在也能生成NSC用于神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的替代治療。特別是，近期技術(shù)已能穩(wěn)定地從人類ESC生成并在體外長期維持具有脊髓特性的NSC。

03、誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSC）向神經(jīng)干細(xì)胞的轉(zhuǎn)化

2006年，山中伸彌團隊首次通過特定轉(zhuǎn)錄因子重編程將成體細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞）轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSC）。隨后證實iPSC也能分化為神經(jīng)干細(xì)胞，這為利用患者自體細(xì)胞來源的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞修復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)損傷帶來了巨大希望。

目前，將iPSC誘導(dǎo)為NSC進(jìn)行自體移植的策略已在日本進(jìn)入針對脊髓損傷和肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）的臨床試驗階段。

04、體細(xì)胞直接分化為神經(jīng)干細(xì)胞

近期，已開發(fā)出可直接驅(qū)動成熟（甚至“有絲分裂后”）體細(xì)胞類型分化為其他細(xì)胞類型的技術(shù)。

直接重編程的核心技術(shù)與過程：體細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞、造血細(xì)胞）無需先逆轉(zhuǎn)為多能干細(xì)胞狀態(tài)，可通過特定轉(zhuǎn)錄因子組合（如Sox2、Klf4、c-Myc、Brn2、Brn4、E47/Tcf3、FoxG1）進(jìn)行直接重編程，轉(zhuǎn)化為神經(jīng)干細(xì)胞 (NSC) 甚至成熟神經(jīng)元。該過程通常從易于獲取的體細(xì)胞（如皮膚活檢來源的成纖維細(xì)胞）開始，在體外培養(yǎng)體系中誘導(dǎo)其表達(dá)這些關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。通過精確優(yōu)化細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)、添加必要的生長因子和小分子化合物，并經(jīng)過一段時間的體外培養(yǎng)（通常為1至2個月），最終可獲得具有神經(jīng)干細(xì)胞特性的細(xì)胞群體。

優(yōu)勢、應(yīng)用與前景：這種直接重編程技術(shù)產(chǎn)生的神經(jīng)干細(xì)胞（有時稱為誘導(dǎo)性神經(jīng)干細(xì)胞，iNSC），與胚胎干細(xì)胞 (ESC) 或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC) 衍生的NSC以及源自發(fā)育中脊髓的神經(jīng)祖細(xì)胞一樣，都是脊髓損傷等疾病細(xì)胞治療的潛在來源。其顯著優(yōu)勢在于避免了多能干細(xì)胞階段，可能縮短時間并降低致瘤風(fēng)險，同時具備自體移植潛力（尤其當(dāng)使用患者自身體細(xì)胞時）。

雖然這些不同來源的NSC在特性、表觀遺傳印記、安全性（如染色體穩(wěn)定性）和最終分化潛能上仍需深入研究，但該技術(shù)為獲得患者特異性神經(jīng)干細(xì)胞用于修復(fù)（如分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞前體以促進(jìn)髓鞘再生）提供了新的重要途徑，相關(guān)臨床應(yīng)用正在探索中。

體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞治療脊髓損傷的三大作用機制

1.神經(jīng)保護機制：神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）移植后可通過分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子（如VEGF、FGF-2）和調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境發(fā)揮神經(jīng)保護作用。研究表明，移植的NSC能在損傷早期（如傷后10天內(nèi)）調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞因子（如IL-1α、IL-6、IL-10），降低炎癥反應(yīng)和細(xì)胞死亡，促進(jìn)血管生成，從而保護殘留的脊髓組織并縮小損傷范圍。這種保護作用為后續(xù)修復(fù)創(chuàng)造了更有利的微環(huán)境。

2.軸突髓鞘再生策略：針對脊髓損傷后殘留軸突的功能恢復(fù)，研究重點聚焦于移植少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞（OPC）實現(xiàn)髓鞘再生。胚胎干細(xì)胞（ESC）或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）分化的OPC被植入損傷區(qū)周邊（而非損傷腔），可包裹宿主軸突形成髓鞘，減少空洞并改善神經(jīng)傳導(dǎo)。

例如，Tsuji團隊在小鼠實驗中證實iPSC來源的NSC能促進(jìn)髓鞘再生和軸突生長，并已啟動全球首個相關(guān)臨床試驗（jRCTa031190228），在患者傷后24天內(nèi)移植人iPSC-NSC。

3.功能性神經(jīng)中繼重建：NSC的核心潛力在于分化為神經(jīng)元后形成跨損傷區(qū)的”神經(jīng)中繼”。移植的NSC可分化成興奮性中間神經(jīng)元，替代丟失的神經(jīng)元并充當(dāng)”橋梁”，重新連接斷裂的上下行神經(jīng)通路。

同時，其分化的膠質(zhì)細(xì)胞（如星形膠質(zhì)細(xì)胞）可支持宿主軸突再生。這種結(jié)合神經(jīng)元替代與回路重建的策略，旨在恢復(fù)運動感覺傳導(dǎo)功能，是當(dāng)前研究的重點方向。

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗

NSC/NPC的臨床試驗始于20世紀(jì)90年代末，將人類胎兒脊髓組織移植到患有脊髓空洞癥的SCI患者體內(nèi)，主要目的是防止囊腫進(jìn)一步擴大。該試驗并未得出結(jié)論，也未報告功能恢復(fù)情況。此后，人們使用不同來源的神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行了多項I/II期臨床試驗。

所有這些研究的主要目的是使初次損傷后保留的軸突重新髓鞘化，并可能保護剩余的脊髓組織免于繼發(fā)性退化。這些試驗的基礎(chǔ)是三大細(xì)胞來源。

1. 胚胎干細(xì)胞衍生的少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞（OPC）的臨床試驗

2011年，源自人類胚胎干細(xì)胞（ESC）的少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞（OPC）是首個治療脊髓損傷人體試驗的ESC衍生細(xì)胞產(chǎn)品。

2012年，Geron公司贊助了一項評估人類胚胎干細(xì)胞療法的首次人體臨床試驗。該實驗是針對5名胸椎SCI患者的初始I期研究，并證明了其安全性。

2022年，在一項少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞治療亞急性頸脊髓損傷患者的1/2a期劑量遞增研究中（NCT02302157，25名頸椎損傷患者）。

結(jié)果清晰地證明了其安全性，同時表明幾乎所有患者都能恢復(fù)一個節(jié)段的神經(jīng)功能，三分之一的患者至少能恢復(fù)一側(cè)的兩個節(jié)段的神經(jīng)功能。該研究提供了寶貴的信息，可用于評估干細(xì)胞治療亞急性SCI的后續(xù)步驟。

2. 胎兒腦神經(jīng)干細(xì)胞（HuCNS-SC?）的研究與終止

Stem Cells Inc.公司基于胎兒腦神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）開展了兩項臨床試驗：首項針對12例胸椎損傷（NCT01321333），第二項計劃納入31例慢性頸椎損傷患者（NCT02163876）。研究顯示移植細(xì)胞總體安全，但功能改善效果未達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，導(dǎo)致項目提前終止，公司最終停止了脊髓損傷研究計劃。這一結(jié)果凸顯了胎兒源干細(xì)胞在促進(jìn)顯著功能恢復(fù)方面的局限性。

3. 胎兒脊髓神經(jīng)干細(xì)胞（NSI-566）及其他進(jìn)行中試驗

2018年，進(jìn)行了一項神經(jīng)干細(xì)胞移植治療慢性脊髓損傷的首次人體I期研究，測試了人脊髓源性神經(jīng)干細(xì)胞 (NSI-566) 移植治療慢性脊髓損傷 (SCI) 的可行性和安全性。

在本臨床試驗中，四名T2-T12脊髓損傷 (SCI) 患者接受了治療，包括移除脊柱內(nèi)固定物、椎板切除術(shù)和硬脊膜切開術(shù)，隨后進(jìn)行六次中線雙側(cè)立體定向注射 NSI-566 細(xì)胞。所有受試者均對手術(shù)耐受良好，迄今為止（移植后18-27個月）未出現(xiàn)嚴(yán)重不良事件。

在兩名受試者中，使用ISNCSCI運動和感覺評分檢測到一至兩個級別的神經(jīng)功能改善。我們的研究結(jié)果支持 NSI-566 移植至脊髓損傷部位的安全性，并且其中三名受試者的早期潛在療效跡象值得在劑量遞增研究中進(jìn)一步探索NSI-566細(xì)胞。

• 神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的長期臨床療效如何？安全性怎么樣？

2025年1月，來自加利福尼亞大學(xué)等研究機構(gòu)的科學(xué)家們，經(jīng)過五年的臨床跟蹤研究，在《Cell Reports Medicine》期刊上發(fā)布了題為《Long-term clinical and safety outcomes from a single-site phase 1 study of neural stem cell transplantation for chronic thoracic spinal cord injury》的研究報告，研究者取得了一些令人鼓舞的成果：

移植安全性得到驗證：四名患者在手術(shù)后均耐受良好，沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的不良反應(yīng)（SAEs）。盡管其中一名患者因術(shù)后并發(fā)感染去世，但整體來看，神經(jīng)干細(xì)胞移植在短期和長期內(nèi)都表現(xiàn)出較高的安全性。

神經(jīng)運動功能和感覺功能得到改善：研究報告顯示，4例受試者均能良好地耐受干細(xì)胞移植手術(shù)，其中2例受試者在移植后5年內(nèi)，獲得了持久的肌電圖量化神經(jīng)功能改善證據(jù)，且神經(jīng)運動和感覺評分有所提高。另外兩項尚未公布結(jié)果，韓國一項研究使用ESC衍生的PSA-NCAM陽性神經(jīng)前體細(xì)胞（NCT04812431），以及日本一項研究將iPSC衍生的神經(jīng)干細(xì)胞移植至亞急性患者，目前尚未公布結(jié)果。

4. 共同挑戰(zhàn)與未來方向

上述試驗均采用在損傷區(qū)周邊（或部分侵入損傷腔）注射細(xì)胞的策略，且均未聯(lián)合生長因子支持移植細(xì)胞存活。研究表明，缺乏生長因子可能導(dǎo)致移植物在損傷核心難以長期存活。盡管所有試驗因樣本量小無法驗證療效，但一致證實了干細(xì)胞/祖細(xì)胞移植的基本安全性。未來需優(yōu)化細(xì)胞遞送策略、結(jié)合神經(jīng)營養(yǎng)因子或生物材料，并在更大規(guī)模試驗中驗證功能恢復(fù)效果。

神經(jīng)干細(xì)胞治療脊髓損傷的未來展望

移植神經(jīng)干細(xì)胞 (NSC) 的軸突生長及其與宿主神經(jīng)元的重新連接為脊髓損傷 (SCI) 的治療帶來了希望。我們的方法旨在在損傷部位形成修復(fù)性神經(jīng)中繼。我們相信，我們的方法已經(jīng)成熟，值得進(jìn)行臨床試驗。

核心策略與臨床轉(zhuǎn)化潛力：神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）移植的核心目標(biāo)是通過在損傷部位構(gòu)建功能性神經(jīng)中繼，促進(jìn)新生軸突生長并與宿主神經(jīng)元重新連接。這一策略已從臨床前研究發(fā)展到成熟階段，具備開展人體臨床試驗的條件。

未來工作將聚焦于優(yōu)化移植方案，例如將NSC與生物工程支架結(jié)合，以引導(dǎo)軸突定向延伸并形成更精確的神經(jīng)回路連接；同時，通過遞送神經(jīng)營養(yǎng)因子或軸突導(dǎo)向分子（如Netrin、Slit等），可特異性引導(dǎo)移植物軸突靶向宿主的運動控制區(qū)域，提升神經(jīng)中繼的精準(zhǔn)性和功能效率。

增效技術(shù)與協(xié)同挑戰(zhàn)：進(jìn)一步增效策略包括：

①在移植物中富集興奮性神經(jīng)元（如脊髓V2a中間神經(jīng)元），增強下行運動信號傳導(dǎo)能力；

②通過抑制宿主PTEN基因等途徑，激活成年軸突的再生潛能，促進(jìn)其與移植神經(jīng)元的整合；

③結(jié)合定制化康復(fù)訓(xùn)練與硬膜外電刺激，強化新回路的可塑性和功能適應(yīng)性。

然而，需警惕軸突”過度生長”可能導(dǎo)致異常神經(jīng)連接的風(fēng)險。當(dāng)前領(lǐng)域已突破”能否再生”的瓶頸，正邁向”如何精準(zhǔn)引導(dǎo)再生”的新階段——優(yōu)化神經(jīng)生長的方向性、安全性與功能整合，是未來臨床試驗的核心挑戰(zhàn)。

參考資料：[1]:Lu, P., Sinopoulou, E., Rosenzweig, E.S., Blesch, A., Tuszynski, M.H. (2025). Neural Stem Cells for Spinal Cord Injury. In: Tuszynski, M.H. (eds) Translational Neuroscience. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-89307-0_14

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