脊髓損傷（SCI）作為一種嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)傷，給患者帶來了巨大的身心痛苦和社會負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。目前，盡管醫(yī)學(xué)在不斷進(jìn)步，但有效的治療方法仍極為有限，患者的功能恢復(fù)情況往往不盡人意。
目前，盡管人們正在研究各種治療策略，但尚無完全有效的脊髓損傷 (SCI) 治療方法。2019年，全球有90萬例SCI病例和2060萬例SCI病例，這對全世界的醫(yī)療保健提出了重大挑戰(zhàn)。SCI的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)巨大，包括直接醫(yī)療費(fèi)用以及因生產(chǎn)力和生活質(zhì)量下降而造成的間接損失。
治療方法可分為幾個主要領(lǐng)域：細(xì)胞療法、康復(fù)策略和生物材料應(yīng)用。在細(xì)胞療法中，間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs) 是研究最廣泛、臨床測試最多的細(xì)胞類型，以其抗炎特性和促進(jìn)血管再生的能力而聞名。然而，它們分化為神經(jīng)細(xì)胞的能力有限仍然是一個重大缺點(diǎn)。
誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的現(xiàn)狀和未來
近期，發(fā)表于《韓國神經(jīng)創(chuàng)傷雜志》的一項(xiàng)有關(guān)誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的研究表明[1]，誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞移植作為一種具有創(chuàng)新性的治療策略，有望突破現(xiàn)有治療困境，為脊髓損傷患者帶來新的生機(jī)。
本文將對誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的現(xiàn)狀進(jìn)行全面梳理，并對其后續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵方向進(jìn)行深入探討。
神經(jīng)干細(xì)胞的獲取來源及功能特性
神經(jīng)干細(xì)胞 (NSC) 的移植具有巨大的治療潛力，有助于恢復(fù)和替換受損的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，從而治療各種神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)退行性和神經(jīng)創(chuàng)傷性疾病。最初的重點(diǎn)是探索NSC的獲取，同時考慮這些細(xì)胞的來源和有效移植所需的劑量。
目前，獲取NSC的主要來源有三種：從原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 組織直接提取（來自胎兒或成人大腦來源）、多能干細(xì)胞分化和從體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。
iNSC代表了細(xì)胞療法的重大進(jìn)步，因?yàn)樗芍苯訌捏w細(xì)胞進(jìn)行重編程。這一過程通過引入Sox2、Brn2和Foxg1等特定轉(zhuǎn)錄因子實(shí)現(xiàn)，繞過了多能狀態(tài)，比傳統(tǒng)的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 (iPSC) 更具優(yōu)勢。直接轉(zhuǎn)化方法降低了致瘤性風(fēng)險，同時保持了所需的NSC特性（圖1）。
誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞的功能特性
- 多能性：能分化為神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞，有自發(fā)細(xì)胞內(nèi)鈣信號傳導(dǎo)，可發(fā)育成功能成熟神經(jīng)元。
- 分化調(diào)控：分化過程受Wnt/β-catenin通路和滋養(yǎng)層糖蛋白水平嚴(yán)格調(diào)控。
- 整合能力：成功移植分化后，與宿主神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出色整合，分化細(xì)胞填充受傷區(qū)域病變腔，與宿主組織建立功能性突觸，創(chuàng)建新神經(jīng)回路，軸突可從損傷部位向頭側(cè)和尾側(cè)延伸約6厘米至脊髓上部結(jié)構(gòu)，對脊髓損傷恢復(fù)重要。?
誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞的意義與應(yīng)用成果
- 意義：iPSC的發(fā)現(xiàn)是再生醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究的突破性進(jìn)展，使成人體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為NSC，推動該領(lǐng)域廣泛研究。
- 應(yīng)用成果：將iPSC衍生的NSC移植到SCI動物模型，細(xì)胞存活率提高、組織保存并分化為神經(jīng)元，因軸突髓鞘再生和脊髓內(nèi)神經(jīng)營養(yǎng)因子水平提高，實(shí)現(xiàn)功能恢復(fù)。
誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞類型的分類
根據(jù)來源和生成方法，iNSC可分為3大類。
第一類：直接轉(zhuǎn)分化的iNSC
- 生成方式：由體細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞或外周血單核細(xì)胞）通過強(qiáng)制表達(dá)特定轉(zhuǎn)錄因子生成。
- 優(yōu)勢：生成時間快、腫瘤形成風(fēng)險低，是臨床應(yīng)用的有希望選擇。
- 臨床潛力：特別適合治療SCI，能有效分化為神經(jīng)元譜系，與宿主神經(jīng)元形成功能性突觸，具有免疫調(diào)節(jié)特性，支持內(nèi)源性組織再生且不誘導(dǎo)腫瘤形成。
第二類：iPSC衍生的NSC
- 生成方式：通過中間多能狀態(tài)，使用OSKM因子（Oct3/4、Sox2、Klf4 和c-Myc）創(chuàng)建。
- 特點(diǎn)：可產(chǎn)生高細(xì)胞產(chǎn)量，但因分化后可能殘留未分化細(xì)胞，引發(fā)對致瘤性的擔(dān)憂。
第三類：直接從CNS組織分離的NSC
- 來源：直接從CNS組織分離，是神經(jīng)祖細(xì)胞的天然來源。
- 局限性：面臨可及性受限和可擴(kuò)展性低的實(shí)際限制，阻礙廣泛應(yīng)用。
神經(jīng)干細(xì)胞移植后的宿主組織反應(yīng)
脊髓損傷后宿主組織對移植的iNSCs的反應(yīng)表現(xiàn)出復(fù)雜和多方面的過程。受損脊髓組織的主要反應(yīng)包括：在初始階段，損傷部位出現(xiàn)有害的細(xì)胞過程。
其誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞引發(fā)的主要促進(jìn)恢復(fù)反應(yīng)有：
- 調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)疤痕形成：iNSC減少疤痕基質(zhì)積累，促進(jìn)長距離軸突生長和神經(jīng)連接。
- 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)：在急性和慢性期，iNSC通過改變炎癥介質(zhì)（如腫瘤壞死因子）表達(dá)，影響小膠質(zhì)細(xì)胞和浸潤免疫細(xì)胞的激活、動員和極化。
- 重建神經(jīng)回路：iNSC有助于重建受損脊髓內(nèi)神經(jīng)回路，恢復(fù)與脊髓上通路的連接。
反應(yīng)結(jié)果：上述宿主組織反應(yīng)使得運(yùn)動和感覺功能顯著改善。此外，SOX9基因表達(dá)降低的人類神經(jīng)干細(xì)胞（hNSC）與宿主組織整合增強(qiáng)，分化為運(yùn)動神經(jīng)元趨勢增強(qiáng)，進(jìn)一步支持功能恢復(fù)。
誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞移植的時機(jī)要點(diǎn)及重要性
研究脊髓損傷中iNSC移植的動物研究表明，在各種損傷階段，iNSC的治療效果都十分理想。在所有治療階段，患者都觀察到了顯著的功能改善。
誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞移植效果及最佳時機(jī)
- 治療效果：動物研究表明，在脊髓損傷的各種損傷階段移植iNSC，患者均有顯著功能改善。
- 最佳治療期：亞急性期（損傷后3-14天）移植iNSC是最佳治療期，較高劑量（≥1×10?個細(xì)胞）且通過病灶內(nèi)移植效果更佳。
組織病理學(xué)分析：證實(shí)iNSC移植細(xì)胞植入成功，細(xì)胞遷移至病變部位前后端區(qū)域，優(yōu)先分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞，減少星形膠質(zhì)增生，增強(qiáng)組織保存并促進(jìn)髓鞘再生。
神經(jīng)干細(xì)胞移植時機(jī)的重要性
- 急性期優(yōu)勢：在神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕屏障形成前的急性期注射細(xì)胞，可能更有效修復(fù)受損神經(jīng)回路。
- 亞急性期優(yōu)勢：在脊髓損傷的急性、亞急性和慢性階段中，亞急性期被認(rèn)為是移植最有效窗口，成年大鼠鞘內(nèi)移植MSC實(shí)驗(yàn)確定損傷后7-9天為最佳時機(jī)，大量研究證明亞急性SCI干細(xì)胞移植治療有效，并據(jù)此開展人類臨床試驗(yàn)。
- 慢性期挑戰(zhàn)：慢性期治療研究相對較少，慢性損傷脊髓微環(huán)境復(fù)雜，瘢痕形成阻礙移植細(xì)胞植入，極難再生，需制定創(chuàng)新策略增強(qiáng)慢性期細(xì)胞移植效果，還需更多臨床前研究確定最佳時機(jī)。
當(dāng)前研究局限性：慢性期治療研究少，需在更嚴(yán)重?fù)p傷模型中研究，強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)方案和提高動物研究質(zhì)量以促進(jìn)臨床轉(zhuǎn)化。
神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的給藥途徑（鞘內(nèi)、病灶內(nèi)、靜脈注射）
給藥途徑是細(xì)胞移植中需要考慮的一個關(guān)鍵因素。在脊髓損傷的背景下，已經(jīng)探索了三種主要的注射方法：鞘內(nèi)注射、病灶內(nèi)注射（即脊柱內(nèi)注射）和靜脈注射。
鞘內(nèi)注射方法將干細(xì)胞輸送到蛛網(wǎng)膜下腔，具有幾個顯著的特點(diǎn)。這種方法是通過腰椎穿刺進(jìn)行的微創(chuàng)方法，并且可以廣泛分布，因?yàn)槟X脊液循環(huán)有助于干細(xì)胞擴(kuò)散到包括損傷部位在內(nèi)的廣泛區(qū)域。它還具有很高的重復(fù)給藥潛力，并且相對安全。
相比之下，病灶內(nèi)移植是將干細(xì)胞直接植入受傷的脊髓區(qū)域。這種方法的主要特點(diǎn)包括精準(zhǔn)定位，因?yàn)楦杉?xì)胞可以直接輸送到受損部位，并且由于直接植入，植入率高，從而支持更顯著的細(xì)胞存活。然而，它需要手術(shù)入路，因此是一種更具侵入性的手術(shù)。
從細(xì)胞存活和分布來看，病灶內(nèi)移植具有更高的細(xì)胞植入率。實(shí)驗(yàn)研究表明，病灶內(nèi)移植后每個高倍視野平均有25.6-26.7個細(xì)胞存活，而鞘內(nèi)注射平均只有20.6個細(xì)胞存活。
關(guān)于時間和頻率，研究表明，受傷后開始治療的時間越短，干細(xì)胞注射頻率越高，功能恢復(fù)的可能性就越大。兩種方法都具有共同的治療機(jī)制，包括神經(jīng)元修復(fù)或替換、神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌和抑制局部炎癥反應(yīng)，如前所述（表1）。
鑒于以上觀點(diǎn)我們總結(jié)了神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床治療方法選擇要點(diǎn)
選擇考慮因素：選擇臨床治療方法時，需考慮損傷的急慢性性質(zhì)、輸送細(xì)胞數(shù)量（幾萬到數(shù)百萬）以及是否使用免疫抑制劑等因素。
鞘內(nèi)注射與病灶內(nèi)移植選擇建議
- 病灶內(nèi)移植：當(dāng)需要精確靶向受損部位且追求高細(xì)胞存活率時，病灶內(nèi)移植是較好選擇。
- 鞘內(nèi)注射：若需要重復(fù)給藥，或期望采用侵入性較小的方法，鞘內(nèi)注射更為合適。
靜脈注射的研究成果
- 行為與生理改善：Nishimura等人研究發(fā)現(xiàn)，靜脈注射 hNSC的動物出現(xiàn)行為改善、電生理恢復(fù)。
- 對損傷部位的積極影響：此類動物還表現(xiàn)出神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成減少、神經(jīng)纖維保存，表明細(xì)胞可存活、增殖并遷移到病變部位。
- 方法認(rèn)可：Osaka等人也支持靜脈輸送細(xì)胞作為一種具有顯著治療潛力的微創(chuàng)方法。
未來研究方向：需進(jìn)一步研究確定最佳給藥途徑。微創(chuàng)方法雖降低手術(shù)風(fēng)險，但可能影響治療效果。在臨床前研究中充分調(diào)查這些因素，對找到安全性與有效性之間的最佳平衡至關(guān)重要。
干細(xì)胞治療脊髓損傷的臨床試驗(yàn)
對SCI干細(xì)胞療法的全面回顧，為其治療潛力提供了重要見解。
2024年，《世界移植雜志》發(fā)表了一篇“干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的現(xiàn)狀及未來前景”的研究表明，在對66項(xiàng)臨床研究（涉及1,086名患者）的系統(tǒng)分析顯示，頸椎損傷最為普遍（42.2%），其中骨髓干細(xì)胞是主要使用的細(xì)胞類型（占研究71.1%）
這些試驗(yàn)的臨床結(jié)果顯示出不同程度的成功。對53項(xiàng)研究（包括21項(xiàng)臨床試驗(yàn)）的系統(tǒng)回顧表明，美國脊髓損傷協(xié)會損傷量表 (AIS) 等級持續(xù)改善，感覺評分增強(qiáng)，但運(yùn)動功能改善仍然相對溫和。
2023年，《國際分子科學(xué)雜志》發(fā)表了一篇“創(chuàng)傷性脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療：系統(tǒng)評價”的研究綜述，該綜述研究的結(jié)果一致表明AIS（ASIA損傷量表）等級、感覺評分以及（在較小程度上）運(yùn)動評分均有所改善。
其中該項(xiàng)綜述所涉及的臨床試驗(yàn)，大多數(shù)是I/II期試驗(yàn)，采用直接手術(shù)植入或注射到脊髓或腦膜下腔。一般干細(xì)胞試驗(yàn)和iNSC特定研究的安全性概況普遍良好，大多數(shù)不良事件都是輕微和短暫的。
近年來，研究發(fā)現(xiàn)iPSC衍生的神經(jīng)干細(xì)胞療法已成為一種前景廣闊的方法。
臨床前研究已證明了幾種關(guān)鍵的療效機(jī)制，包括提高存活率和成功分化移植的人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的神經(jīng)干細(xì)胞/祖細(xì)胞（hiPSC-NS/PCs）。
2021年，日本東京利用hiPSC-NS/PCs治療亞急性SCI的首次人體臨床試驗(yàn)已經(jīng)啟動，標(biāo)志著該領(lǐng)域的一個重要里程碑。
然而，研究NSC治療SCI患者的臨床試驗(yàn)數(shù)量有限。令人鼓舞的是，幾項(xiàng)研究報告了SCI患者在NSC移植后既有手術(shù)安全性，又有一定程度的功能恢復(fù)。盡管如此，由于樣本量較小，而且大多數(shù)試驗(yàn)僅包括亞急性期（傷后1周至6個月）和慢性期（傷后6個月以上）的患者，因此確定NSCs的療效，尤其是對急性期SCI的療效，仍具有挑戰(zhàn)性（表2）。
未來展望
該領(lǐng)域目前面臨的挑戰(zhàn)包括需要標(biāo)準(zhǔn)化方案、優(yōu)化給藥方法以及建立更大規(guī)模的對照試驗(yàn)。干預(yù)時機(jī)似乎至關(guān)重要，亞急性期和慢性期的療效水平不同。最近的創(chuàng)新集中在組合方法上，特別是將hiPSC-NS/PC移植與康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合，與單一治療方法相比，這種方法顯示出更好的治療效果。
該領(lǐng)域仍在繼續(xù)發(fā)展，重點(diǎn)是開發(fā)將細(xì)胞療法與康復(fù)方案和生物工程方法相結(jié)合的綜合治療策略。未來的方向是需要更嚴(yán)格的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和更長的隨訪期，以更好地評估長期安全性和療效。
結(jié)論
總之，誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞移植的應(yīng)用為治療脊髓損傷帶來了希望，在神經(jīng)再生、宿主組織整合和功能恢復(fù)方面顯示出潛力。然而，挑戰(zhàn)依然存在，包括需要標(biāo)準(zhǔn)化方案、優(yōu)化細(xì)胞給藥途徑以及進(jìn)行更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)來驗(yàn)證研究結(jié)果。
最近在綜合療法方面取得的進(jìn)展，如結(jié)合康復(fù)訓(xùn)練和生物材料，顯示出提高iNSC療效的潛力。有必要繼續(xù)開展研究，以完善這些策略，解決長期安全性問題，使基于 iNSC的有效療法更接近SCI患者的臨床現(xiàn)實(shí)。
參考資料：
[1]:Jung JW, Jeong JH, Ko MJ, Lee BJ, Kwon WK, Jeon SR, Lee S. Induced Neural Stem Cell Transplantation in Spinal Cord Injury: Present Status and Next Steps. Korean J Neurotrauma. 2024 Dec;20(4):234-245. https://doi.org/10.13004/kjnt.2024.20.e45
免責(zé)說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業(yè)觀點(diǎn)，不構(gòu)成任何臨床診斷建議！杭吉干細(xì)胞所發(fā)布的信息不能替代醫(yī)生或藥劑師的專業(yè)建議。如有版權(quán)等疑問，請隨時聯(lián)系我。
浙公網(wǎng)安備 33010202002429號
掃碼添加微信
