腦小血管病（CSVD）是一種最常見的慢性進行性腦血管疾病，是一種嚴重的神經系統疾病，其發病機制尚不清楚。該疾病是中風、血管性認知障礙和癡呆的主要原因，約占中風的20%，其中包括25%的缺血性中風和45%的癡呆。毫無疑問，腦小血管病的高發病率和不良預后給社會帶來了沉重的經濟和醫療負擔。

目前腦小血管病的治療重點是血管危險因素的管理。盡管血管危險因素可能是CSVD的重要原因或加速器，并且應始終按照最佳臨床實踐進行治療，但僅控制危險因素并不能遏制CSVD腦損傷的進展。因此，迫切需要制定更安全、更有效的腦小血管病治療策略。

最近，間充質干細胞（MSC）療法由于其旁分泌特性和免疫調節作用，已成為治療中樞神經系統疾病的新興治療方式。在此，我們討論了間充質干細胞治療腦小血管病的潛力，旨在使臨床醫生和研究人員了解該領域的最新進展和未來方向。

間充質干細胞治療腦小血管疾病的潛力

總結

• 腦小血管疾病會導致衰老、中風和癡呆。
• 目前，尚無治療方法可以延緩腦小血管疾病的進展。
• 間充質干細胞可以保護神經元、腦微血管和白質。
• 干細胞療法可能對腦小血管疾病有良好的治療效果

一、簡介

腦小血管病（CSVD），顧名思義，是一組影響大腦小血管的病理過程，包括動脈、小動脈、小靜脈和毛細血管。作為一種老齡化大腦的地方性疾病，腦小血管病位列第二位，僅次于阿爾茨海默病（AD），導致全球至少45%的癡呆癥和所有急性缺血性中風的25%，其中大部分是腔隙性腦梗塞。

腦小血管病具有極其多樣化的特征，包括無癥狀和癥狀腦小血管病（認知衰退、血管性癡呆、情緒障礙、步態問題和行動障礙）。由于直接觀察腦小血管的困難，腦小血管病主要通過神經影像學異常來診斷，如白質高信號（WMH）、腦微出血（CMB）、血管周圍間隙擴大、微梗死和腦萎縮。灌注不足、內皮功能障礙和血腦屏障 (BBB) 破壞被認為是CSVD的重要病理學，與血管危險因素相關，特別是衰老、高血壓和吸煙（圖1）。

盡管如此，腦小血管病的確切起源尚不清楚，這限制了其治療。腦小血管病的治療主要通過控制血管危險因素，包括戒煙和藥物干預。研究表明，抗血小板治療可以使腦小血管病患者顯著受益。然而，腦小血管病與其他血管危險因素之間的關系仍不確定。例如，低膽固醇水平可能會增加CMB風險。此外，患有中年高血壓和舒張壓較低的參與者表現出記憶力受損。此外，血糖管理不適合無神經系統癥狀的1型糖尿病患者的CSVD治療。

BBB：血腦屏障；BCSFB：血腦脊液屏障；CSVD：腦小血管病；EC：內皮細胞；WMH：白質高信號；SMC：平滑肌細胞。

間充質干細胞（MSC）是具有多譜系分化和自我更新能力的基質細胞。間充質干細胞療法因其多樣化的潛力、免疫調節作用和旁分泌能力，在大約二十年來引起了組織工程和再生醫學領域的廣泛關注。間充質干細胞在治療各種神經系統疾病，包括腦血管疾病和神經退行性疾病方面具有巨大潛力。本綜述旨在評估間充質干細胞治療腦小血管病的潛力和潛在機制。

間充質干細胞治療神經系統疾病的機制

間充質干細胞因其獨特的生物學特性而備受關注。

• 首先，間充質干細胞在特定的體外條件下可以多向發育為所有三個胚層譜系，例如神經元、內皮細胞、脂肪細胞、胰島細胞。
• 其次，間充質干細胞可以通過細胞間接觸和可溶性因子的旁分泌信號改變免疫細胞（如T淋巴細胞和樹突狀細胞）的命運來抑制免疫反應。
• 第三，各種生物活性分子，如生長因子、細胞因子和趨化因子，在多種治療應用中對MSC發揮作用。間充質干細胞還具有抗炎、抗氧化和抗凋亡特性。因此，間充質干細胞可以促進血管生成、神經保護和白質保護，從而可用于治療神經系統疾病。

此外，研究表明間充質干細胞在治療腦血管疾病、神經退行性疾病（NDD）、自身免疫性脫髓鞘疾病和脊髓損傷（SCI）方面具有巨大的治療潛力。然而，間充質干細胞治療腦小血管病的療效和機制尚不清楚。間充質干細胞治療腦小血管病的潛在治療機制將在下文討論。

間充質干細胞歸巢

由于歸巢，間充質干細胞被捕獲在組織的脈管系統內，然后穿過內皮細胞。間充質干細胞表達一組趨化因子受體，促進其向外周組織遷移，同時在檢測到炎癥細胞因子的變化時分泌蛋白酶以促進其跨內皮遷移。

研究提供的證據表明間充質干細胞表現出向受損腦組織定向遷移的能力。基質細胞衍生因子1 (SDF-1)/CXC 趨化因子受體4 (CXCR4) 信號通路指導MSC遷移。沿缺血邊界區，趨化因子SDF-1顯著過度表達，從而通過MSC上CXCR4（SDF-1受體）的上調引導BMSC進入受損腦部。

MSC歸巢還受到神經生長因子/酪氨酸激酶受體1型的影響，其激活核因子紅細胞2相關因子2通路，促進缺血性中風中MSC的遷移和粘附。此外，當ROCK受到腺病毒干擾時，MSC跨內皮遷移顯著增加。然而，可以通過抑制MSC中的PI3K來阻斷跨內皮遷移。

間充質干細胞可以通過靜脈輸注、動脈輸注、腹腔輸注、鞘內輸注、腦室內輸注、局部腦內輸注等方式注射到嚙齒類動物體內。然而，有些注射的細胞不能穿過中樞神經系統（CNS）的屏障，因此無法通過注射。機械地囚禁在周圍器官中。多種物理技術可用于分解BBB，例如電刺激（調節SDF-1α）和超聲靶向微泡 (MB)，并促進MSC歸巢至受傷部位。

血管生成

血管生成在腦損傷的內源性修復中起著至關重要的作用。多項研究表明，移植的間充質干細胞對血管生成有不同的影響。

內皮細胞（EC）對于血管的形成是必需的。值得注意的是，MSCs可以在體外和體內分化成EC 。MSC還可以分泌多種可溶性因子來誘導血管生成，包括血管內皮生長因子（VEGF）、缺氧誘導因子（HIF）-1α、血管生成素-1（Ang-1）、SDF-1等。MSCs分泌的SDF-1通過CXCR4/PI3K/AKT途徑增強內皮祖細胞的遷移來修復受損的內皮細胞。同時，IL-1β通過MSC參與調節HIF-1α和VEGF的表達，從而促進腦卒中大鼠的血管生成。值得注意的是，源自MSC的小細胞外囊泡 (sEV) 和外泌體 (Exos) 通過調節特定 miRNA（包括 miR-132、miR-146a、miR-126 和 miR-202-3p）促進血管生成。

MSC還可以通過調節腦損傷后EC的細胞死亡來促進血管生成。通過將其功能性線粒體轉移到體內和體外受損的內皮細胞中，間充質干細胞可以挽救有氧呼吸并保護內皮細胞免于凋亡。

神經保護

間充質干細胞顯著影響神經元再生。間充質干細胞在體外特定條件下可以分化為神經元。然而，體內試驗表明移植的間充質干細胞可能不會分化為神經元。此外，間充質干細胞可以調節神經祖細胞（NPC）的命運。MSC產生的趨化因子SDF-1和多唾液酸化酶促進腦缺血大鼠內源性NPC遷移。MSCs-sEVs可以傳遞miR-21-5p和miR-486-5p，通過抑制海馬神經干細胞中的EphA4、CDKN2C和FoxO1來促進神經發生。

MSCs的分泌蛋白組含有多種促進宿主神經元存活和再生的營養因子，包括腦源性神經營養因子（BDNF）、膠質源性神經營養因子（GDNF）、神經生長因子（NGF）、肝細胞生長因子、VEGF等。VEGF 和GDNF水平的提高顯著增加心室下和皮質細胞的增殖，尤其是星形膠質細胞的增殖。

間充質干細胞可以通過防止細胞凋亡來保護神經元。

免疫調節和抗炎

間充質干細胞具有強大的免疫調節特性，可以旁分泌方式調節參與組織修復和再生的所有免疫細胞的表型和功能。間充質干細胞可以通過降低樹突狀細胞的抗原呈遞功能、抑制淋巴細胞和自然殺傷細胞的增殖、滅活效應T細胞以及通過CD200-CD200R1信號通路部分滅活小膠質細胞來調節免疫反應。

間充質干細胞通過靶向小膠質細胞（中樞神經系統的先天免疫細胞）來調節神經炎癥。小膠質細胞激活后可極化為促炎M1型和抗炎M2型。MSC可以通過抑制促炎細胞因子和從M2到M1表型的轉變，減少亞急性梗塞周圍區域的BBB破壞和細胞凋亡 。通過調節小膠質細胞極化，MSCs-Exos抑制NLRP3介導的炎癥和細胞焦亡，改善大腦中的I/R損傷。

MSC可以通過旁分泌各種miRNA（例如miR-202–3p、miR-146a-5p 和 miR-542–3p）來調節小膠質細胞介導的神經炎癥。MiR-146a-5p通過抑制IRAK1/TRAF6信號通路來減少缺血性中風后小膠質細胞介導的神經炎癥。

Aβ清除和tau過度磷酸化減少

AD的發病機制與多種因素有關，包括β淀粉樣蛋白（Aβ）穩態失調，這是一個早期啟動因素。Aβ寡聚物會引起一系列事件，導致炎癥和廣泛的神經元和突觸功能障礙。研究發現間充質干細胞通過清除Aβ、抑制氧化應激、抑制炎癥反應、改善神經突生長和突觸損失等來促進AD大鼠神經認知功能的恢復。MSC不僅能抑制AD小鼠的Aβ斑塊和炎癥，還能激活AD小鼠的Aβ降解酶，從而增強Aβ沉積的清除。

Tau蛋白過度磷酸化是AD的第二個病理標志，構成神經原纖維纏結。間充質干細胞的腦內移植通過滅活 GSK-3β顯著降低了Ser202/Thr205和Ser396位點的tau過度磷酸化。腦室內注射 MSC 可以通過半乳糖凝集素3分泌抑制tau在 Thr181、Thr231、Ser396和Ser404位點的異常聚集。

除了針對AD的經典特征外，MSC還可以靶向星形膠質細胞，以減輕AD中的Aβ降解、神經炎癥和突觸功能障礙。

白質保護

髓鞘再生是MSC治療多發性硬化癥 (MS) 的關鍵機制之一，多發性硬化癥是一種常見的中樞神經系統脫髓鞘疾病。少突膠質細胞是髓鞘的組成部分，為軸突提供支持和保護。MSC已被證明可以通過減少少突膠質細胞中的DNA損傷并增加脊髓中的髓鞘形成來減輕患有實驗性自身免疫性腦脊髓炎的小鼠的運動障礙。

抗氧化劑

間充質干細胞還通過抵抗氧化應激發揮神經保護作用。MSC移植恢復氧化/抗氧化失衡，從而抑制氧化應激。然而，SRC3缺陷的MSCs的抗氧化應激作用顯著降低，表明SRC3可以控制氧化應激的程度。此外，間充質干細胞可以增加中風患者參與谷胱甘肽合成的關鍵酶的表達，從而增強抗氧化作用。MSC還可以通過調節UBIAD1來減少線粒體損傷并恢復氧化劑和抗氧化劑之間的平衡。

間充質干細胞治療腦小血管病的可能機制

慢性腦灌注不足被認為是腦小血管疾病（CSVD）的關鍵機制，可能觸發與缺氧、炎癥和血腦屏障破壞相關的關鍵通路。這些過程最終會導致神經血管單元（NVU）的結構損傷和功能障礙。NVU代表包含血管細胞、外周細胞外基質、神經膠質細胞和神經元的結構實體。這一基本實體通過協調大腦內血液供應的調節和保護間質環境，在維持大腦穩態方面發揮著關鍵作用。NVU的紊亂在CSVD的病理生理學中發揮著至關重要的作用，因為它破壞了異常腦物質的清除并阻礙了腦血流 (CBF) 的調節。此外，CBF減少與WMH相關，這是CSVD的關鍵特征之一。

除了腦灌注不足之外，血壓升高是腦小血管病的重要危險因素，也會對神經血管單位產生有害影響。腦血管疾病（CSVD）動物模型可以通過閉塞顱內供血血管誘導腦灌注不足，或通過選育、基因突變或手術干預誘導高血壓來創建。

越來越多的證據表明間充質干細胞可能通過保護NVU在腦小血管病中發揮治療作用。在2支血管閉塞（2-VO）大鼠中，MSC治療可以通過減少小膠質細胞中MMP-2的表達來抑制白質病變形成，并通過上調海馬GABA能系統來減輕認知障礙。MMP-2由激活的小膠質細胞釋放，導致BBB破壞和隨后的白質病變。研究發現TSA和MSC聯合使用可通過抑制海馬神經元凋亡、減少tau磷酸化和增強中樞膽堿能系統活性來改善4-VO大鼠的學習和記憶功能。Tau磷酸化可能有助于AD患者的局部WMH（腦小血管病的標志物）。

上述研究表明，間充質干細胞具有治療腦小血管病的潛力，如動物模型實驗所證明的那樣（圖2）。

MSC治療可以調節神經血管單元的不同細胞成分，調節神經遞質系統并減少異常產生。

結論與展望

目前尚無有效延緩腦小血管病進展的治療方案。多項研究表明間充質干細胞療法是一種有前途的治療腦小血管病的方法。間充質干細胞移植的治療優勢在于其特殊的生物學功能，包括分化為多種譜系并分泌多種生物活性因子來誘導受損組織的修復。盡管如此，還需要更多的動物研究來確定間充質干細胞治療腦小血管病的確切潛在機制。

此外，還需要臨床研究來證實MSC的治療效果。此外，MSC可以從多種來源獲得，因此應確定適合CSVD研究的MSC細胞類型。

參考資料：Chen DH, Huang JR, Su SL, Chen Q, Wu BY. Therapeutic potential of mesenchymal stem cells for cerebral small vessel disease. Regen Ther. 2024 Feb 22;25:377-386. doi: 10.1016/j.reth.2023.11.002. PMID: 38414558; PMCID: PMC10899004.

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