2025年：干細胞在治療神經系統疾病臨床轉化方面的進展

基于干細胞的療法引起了人們對開發高致殘性神經系統疾病再生療法的極大興趣。

近日，國際期刊雜志《腦血流與代謝雜志》：國際腦血流與代謝學會官方雜志發表了一篇“基于干細胞治療在神經系統疾病臨床轉化方面的進展”的文獻綜述。

本綜述從推進臨床轉化的角度概述了基于干細胞的神經系統疾病治療的最新進展，介紹了不同的細胞類型、遞送途徑和生物分布、潛在的作用機制以及干細胞治療的持續改進。

什么是神經系統疾病，干細胞治療神經系統疾病具有前景

神經系統疾病影響著全世界數百萬人，是導致死亡和殘疾的主要原因之一。由于中樞神經系統 (CNS) 的再生能力有限，許多神經系統損傷通常是不可逆的。

與高度分化的細胞相比，干細胞具有更大的整合到宿主體內的潛力，因此被認為是細胞療法的最佳細胞類型。作為一種“活”藥物，干細胞具有多效性，可能是治療多因素疾病（如創傷性腦損傷、中風和神經退行性疾病）所必需的。干細胞可以通過調節免疫反應和刺激內源性修復程序來修復受損組織，這廣泛應用于大多數神經系統疾病。

神經退行性疾病的特征是不同類型的神經元喪失。一個顯著的例子是帕金森病 (PD)，其中腹側中腦黑質中的A9多巴胺能神經元喪失，導致運動障礙。終生左旋多巴替代治療只能緩解癥狀，而不會減緩進展。

干細胞療法是一種有前途的策略，可以避免終身左旋多巴替代治療PD。1989年的首次人體臨床研究移植了來自同種異體胎兒組織的中腦DA神經元前體，并提出了細胞移植具有各種臨床益處而沒有明顯負面影響的概念。

近年來，由于干細胞療法具有極強的再生能力，在治療神經系統疾病方面受到越來越多的關注，包括缺血性中風、帕金森病（PD）、阿爾茨海默病（AD）、創傷性腦損傷（TBI）和脊髓損傷（SCI）、肌萎縮側索硬化癥（ALS）、多發性硬化癥（MS）等。

各種自體或同種異體干細胞的移植，包括胚胎多能干細胞 (ESC) 和誘導性多能干細胞 (iPSC)、間充質干細胞 (MSC)、神經干細胞 (NSC)已在動物模型和臨床試驗中顯示出良好的治療效果。

干細胞療法是治療神經退行性疾病的主流細胞療法

干細胞療法具有改善損傷或再生神經網絡的強大能力，因此被認為是治療退行性神經系統疾病的有希望的候選方法。已經開展了許多使用各種干細胞治療神經系統疾病的臨床前和臨床研究。其中一些研究顯示出令人鼓舞的結果（表1）。

PD：帕金森病；AD：阿爾茨海默病；TBI：創傷性腦損傷；SCI：脊髓損傷；ALS：肌萎縮側索硬化癥；MS：多發性硬化癥；HD：亨廷頓氏病；MSCs：間充質干細胞；MAPCs：多能成體祖細胞；NSCs：神經干細胞；HSCs：造血干細胞；DPSCs：牙髓干細胞。

多能干細胞為治療神經退行性疾病提供了前所未有的機會

多能干細胞（PSC）包含胚胎干細胞（ESC）和誘導多能干細胞（iPSC）。iPSC因能分化為多能干細胞，成為生成神經前體細胞的重要來源，它可產生類似神經干細胞（NSC）的細胞，既能減輕使用胚胎帶來的倫理問題，又能利用患者自身iPSC進行自體移植。

目前僅有兩項使用骨髓iPSC分化的NSC樣細胞治療神經系統疾病的注冊臨床試驗，PSC衍生祖細胞在帕金森病（PD）治療中應用廣泛，基于臨床前證據顯示其對PD動物行為和組織學缺陷有改善，多種人類PSC細胞來源正用于或即將用于早期臨床試驗。不過，iPSC雖有無限增殖潛力，但重編程因子殘留或未分化細胞留存可能引發腫瘤，所以致瘤性評估對保障PSC衍生產品安全性極為關鍵。

間充質干細胞治療各種神經系統疾病中的廣泛臨床應用

間充質干細胞（MSC）具備無限分化能力，可從骨髓、脂肪組織、臍帶組織等多來源輕松獲取，適合自體和同種異體移植。因其安全性高、具有旁分泌信號傳導與免疫調節能力、獲取容易且倫理問題少，成為神經系統疾病研究最多的干細胞類型。本段落重點關注基于MSC細胞療法在人體研究中注冊臨床試驗的進展。

目前，已有255項使用MSCs治療神經系統疾病（如脊髓損傷SCI、中風、肌萎縮側索硬化癥ALS等）的注冊臨床試驗，其中9項處于III期試驗階段。研究顯示，對于SCI患者，骨髓和臍帶來源的MSC安全且耐受性良好，能顯著改善神經系統；在針對ALS患者的BCT-002研究中，MSC治療組腦脊液生物標志物有所改善，但誘導神經營養因子能否安全減緩ALS疾病進展有待大規模試驗驗證。

中風是MSCs治療常用的臨床疾病之一，臨床證據支持其安全性和可行性（圖1），治療組在相關評定方面有明顯改善。

該時間表展示了研究基于MSCs的缺血性中風療法的里程碑式臨床試驗。

隨著多個產品進入后期臨床試驗，基于MSC的神經系統疾病治療臨床應用前景廣闊。

神經干細胞在治療中樞神經系統疾病方面具有先天優勢

神經干細胞（NSCs）在治療中樞神經系統疾病方面優勢顯著。它能分化為多種神經元和神經膠質細胞，適用于多種細胞缺失型神經系統疾病的治療，可直接從腦組織特定區域提取，因其神經譜系特性和缺乏多能性，致瘤風險較低。此外，多能干細胞（PSC）和體細胞也能分化為NSC。

過往研究發現，NSC治療效果或許與免疫調節活性相關，而非單純的神經元替換。目前，有42項使用NSC治療神經系統疾病的臨床試驗注冊，主要針對脊髓損傷（SCI）、肌萎縮側索硬化癥（ALS）和缺血性中風。

多項針對ALS患者的試驗將胎兒人類脊髓衍生的NSC（NSI-566）應用于脊髓，雖結果各異，但證明了向人類ALS脊髓注射細胞的安全性。在早期I/IIa期臨床試驗中，研究人員創建了表達膠質細胞源性神經營養因子（GDNF）的工程化NSC產品CNS10-NPC-GDNF，證實其能在移植后42個月內為ALS患者脊髓提供新支持細胞并輸送GDNF 。

干細胞移植治療神經系統疾病的給藥途徑、生物分布和劑量

干細胞移植的給藥途徑常用于治療神經系統疾病，包括靜脈輸送（IV）、動脈輸送（IA）、腦內輸送（IC）、鞘內輸送（IT）和鼻內輸送（IN）。（表2）

全身靜脈和動脈給藥

全身靜脈和動脈給藥是干細胞治療中的兩種常見給藥方式，各有特點。 

• 靜脈（IV）移植侵入性最低，便于多次注射，在臨床試驗中應用廣泛。靜脈注射后，多數干細胞最初聚集于肺部這個首個毛細血管過濾器，之后重新分布到肝、脾、腎等器官。
• 動脈內（IA）注射在某些情況下被視為優于靜脈注射，因其繞過肺過濾器，能使干細胞更廣泛分布到其他器官。但通過IA輸送，細胞可能在腦動脈積聚，引發血管內細胞聚集和腦梗塞，所以需事先充分評估MSCs劑量。與靜脈注射類似，動脈內移植后的生物分布也會因疾病而異。

在腦腫瘤、帕金森病（PD）和創傷性腦損傷（TBI）的大鼠模型中，動脈內給藥相比靜脈注射，能改善受損腦區域的干細胞分布。有研究對亞急性中風患者分別進行靜脈和動脈內移植锝-99m標記的骨髓單個核細胞（BMMNC），結果顯示兩種移植途徑的腦內分布均較低且相似，動脈內移植組肝臟和脾臟放射性計數較高，肺臟放射性計數較低；靜脈內移植組則相反。

通過腦內途徑、鞘內移植或鼻腔內給藥進行局部給藥

在干細胞治療神經系統疾病的給藥方式中，相較于全身移植，腦內（IC）、鞘內及鼻內給藥各有特點與優劣：

• 腦內（IC）給藥：能將足量細胞輸送至受損大腦，尤其在發病的急性和亞急性期，可直接將細胞送達受損區域，移植后細胞會在腦室系統及腦室周圍白質遷移。有薈萃分析表明，其在臨床前和臨床研究中的療效優于靜脈移植。但該方法需侵入性手術，存在血腦屏障破壞、注射針創傷風險，還可能出現腦碎片和細胞懸浮液堵塞套管的問題，其療效是否超越安全性問題尚待不同場景下進一步研究。
• 鞘內給藥：可將大量細胞輸送到蛛網膜下腔的腦脊液中，侵入性較腦內移植小。注射的細胞能隨腦脊液循環轉移至腦內液體空間，動物模型顯示，移植后12小時內細胞擴散到腦區，一周內可通過生物發光技術檢測到，且不會出現在心臟、肺等其他器官。針對肌萎縮側索硬化癥（ALS）患者的臨床試驗表明，鞘內應用干細胞安全，還能減緩ALS進展。不過，也有背痛、腦積水和尿瀉等不良并發癥的報道。
• 鼻內給藥（IN）：具有非侵入性、快速的特點，能讓細胞通過嗅覺上皮遷移到大腦，比靜脈注射更有效地將活性生物物質吸收到大腦，在保證相同有效性的情況下可顯著減少劑量。臨床前研究顯示，鼻內移植7天后，干細胞可在嗅球、皮質等多個腦區檢測到，主要分布在嗅球和腦干，可通過腦脊液流遷移。

近期研究發現干細胞細胞外囊泡和脂蛋白間的串擾或有助于細胞遷移至腦病變處。鼻腔內應用細胞后可能出現炎癥反應、鼻咽粘膜損傷和過敏反應等不良反應，還需更多研究來優化該給藥方式在干細胞治療中的應用。

干細胞療法對神經系統疾病的保護作用的可能機制

經過二十年的臨床前和臨床研究，人們普遍認識到干細胞治療的治療效果不能歸因于單一機制。然而，確切的機制基礎仍然存在爭議。最初關于細胞替換和外源性細胞旁分泌的想法在多個方面受到挑戰，并且已經發現了外周免疫調節在應對中樞神經系統損傷方面的關鍵作用。

干細胞療法對神經系統疾病的保護作用可能通過以下幾種機制實現：

外源細胞分化為成熟腦細胞并取代受損組織

• 理論依據：移植的干細胞可重新編程為成熟的功能性神經元，從而替換和挽救神經回路，以達到治療神經系統疾病的目的。比如來自hiPSC或hESC的替代多巴胺能（DA）祖細胞在移植后能夠成熟為DA神經元，可恢復PD中的運動缺陷。

外源細胞調節宿主免疫細胞以產生再生環境

外周器官與全身免疫調節：以干細胞為基礎的治療能調節大腦局部微環境和全身免疫反應，外周器官如脾臟、肺臟和腸道等在全身免疫調節中有重要作用。給藥細胞與外周器官中的宿主免疫細胞相互作用，啟動繼發性炎癥過程，在多種神經系統疾病模型中都有相關支持證據。

例如在缺血性中風模型中，靜脈輸注MAPC可恢復脾臟質量，改變脾臟中免疫細胞及細胞因子情況；靜脈輸注MSCs遷移至脾臟而非大腦，且劑量與梗塞及炎癥減少呈負相關。

細胞間串擾

• 小膠質細胞轉變：腦實質中的小膠質細胞會受施用的MAPC向脾臟遷移的影響，發生從促炎到抗炎表型的轉變。
• 星形膠質細胞獲得促再生表型：在MS大鼠模型中，靜脈輸注MSCs后，反應性星形膠質細胞獲得促再生表型。
• 抑制BBB通透性：MSCs與BBB的內皮細胞相互作用，增加金屬蛋白酶抑制劑3的分泌，減少白細胞募集和粘附，抑制BBB通透性。
• 巨噬細胞極化：在大鼠結腸炎模型中，MSC的治療效果需要與宿主巨噬細胞相互作用，促進向IL-10+巨噬細胞的極化。
• 腦內持久有益變化：即使是IC遞送細胞療法也會導致全身免疫調節，如小鼠短暫性全腦缺血后將MSC立體定向注射到海馬中，雖MSC在7天內死亡，但仍會在腦內引起持久的有益變化。

旁分泌和從外源細胞到腦內宿主細胞的線粒體轉移

旁分泌作用：細胞療法可通過旁分泌生長因子和細胞因子發揮作用，但在全身給藥中，因進入大腦的遷移率低和旁分泌效率相對較低，不太可能是實現治療效果的唯一機制。

線粒體轉移

作用機制：許多研究表明從 MSCs 到受體宿主細胞的線粒體轉移可增加三磷酸腺苷（ATP）的產生、恢復線粒體生物能量并挽救受損細胞免于凋亡。

相關實例：在缺血性中風大鼠模型中，MSCs 可將線粒體轉移到腦微血管中并促進缺血性中風的恢復，但這些機制尚未被證明能以可解釋觀察到的功能益處的規模發生。

將細胞療法與其他干預措施相結合可產生協同效應

為增強干細胞移植治療神經系統疾病的效果，研究人員探索將細胞療法與神經康復干預、營養因子及藥物相結合，這些組合在臨床前模型中展現出良好效果，但臨床試驗的有效性仍待進一步研究。

1. 神經康復改善移植細胞的植入

• 體育鍛煉：多項針對中風大鼠模型的研究表明，細胞移植與體育鍛煉相結合可產生協同效應。如Zhang等人發現，MSC移植與跑步機運動聯合治療，能顯著改善運動功能，增加植入的MSC數量，抑制細胞死亡。
• 豐富環境（EE）：在中風和缺氧缺血性腦損傷大鼠模型中，將MSCs移植與EE干預相結合，能通過加強細胞植入、促進神經分化、神經發生及血管生成等，協同促進功能恢復。?
• 電刺激：電休克療法（ECT）對PD大鼠模型中，MSCs移植后進行ECT治療，可增加移植MSCs向多巴胺能神經元分化，通過增加DA水平和降低促炎細胞因子產生協同效應。重復經顱磁刺激（rTMS）與hNSCs結合，能增強神經發生，增加BDNF蛋白質水平，加速中風大鼠模型功能恢復。?

2. 營養因子促進移植細胞重建受損區域

• 膠質細胞源性神經營養因子（GDNF）：對促進多巴胺能黑質紋狀體通路神經元存活和再生有選擇性作用。在PD臨床前研究中，利用GDNF促進內源性DA神經元存活和再生，可改善紋狀體DA水平，恢復運動功能。?

• 粒細胞集落刺激因子（G-CSF）：誘導的干細胞動員可增強中風后的恢復，減少梗塞體積。與骨髓MSCs聯合治療，能增加中風大鼠腦室下區神經發生，改善梗塞核心及周邊重建，但在降低死亡率和梗塞體積方面效率欠佳。?

3. 將干細胞與藥物結合產生協同作用增強治療效果  

• 維生素C：脊髓損傷后使用，可減少繼發性損傷引起的組織壞死，增強行為功能，還能憑借抗氧化和氧自由基清除能力，增強MSCs對脊髓損傷的治療作用。
• 淫羊藿苷（ICA）：從中藥提取，體外有神經保護潛力。與MSCs聯合治療缺血性中風模型，可減少腦梗死體積，改善神經功能障礙及行為結果，通過激活PI3K和ERK1/2通路促進血管生成和神經生成。
• 氟西汀：用于治療卒中后抑郁癥，可在體內誘導神經元再生。在NSCs移植后的缺血性卒中模型中，氟西汀治療可促進神經元分化。

干細胞治療神經系統疾病的結論和未來展望

未來細胞治療臨床轉化需著重關注各個關鍵節點（圖2）： 

• 細胞產品開發：首先需開發出可重復且可擴展的生產與分離方案，用于大規模生產細胞產品。按良好生產規范（GMP）生產細胞產品，這對保證產品質量、滿足監管要求意義重大。?
• 質量測試：要從體外和體內兩方面對細胞產品進行質量測試。在安全性研究中，評估毒性、致瘤性、異質性以及生物分布等方面可能出現的不良反應。同時，開展非GLP功效研究，確認移植細胞在臨床前動物模型中能介導完全功能恢復。?
• 批量生產驗證：為驗證產品能否批量生產，不同GMP批次間的功效結果應具有高度可比性。近期，已有多個小組展示了如MSK – DA01、STEM – PD、TED – A9等干細胞衍生產品的質量、安全性和功效數據，為首次人體I期臨床試驗及試驗設計提供支持。

干細胞可通過自體或異體獲得。對于替換特定類型神經元有效的神經系統疾病，hESC或hiPSC可在擴增前進一步分化為特定神經祖細胞。干細胞通過基因改造進行工程改造，以優化效力和活力。接下來，在嚴格的GMP條件下大規模生產細胞產品，兩個不同GMP批次之間的功效結果高度可比。在臨床前疾病模型中評估毒性、致瘤性和生物分布的GLP安全測試、功效測試和劑量范圍測試，可為人體臨床試驗提供參考。

細胞治療臨床轉化的關鍵要點

• 細胞產品生產與測試：開發可重復、可擴展的大規模細胞產品生產和分離方案，按 GMP 生產以確保質量并滿足監管要求，需在體外和體內進行質量測試，評估毒性、致瘤性等不良反應，實施非 GLP 功效研究，且不同 GMP 批次間功效結果應具可比性。
• 工程化干細胞的意義與挑戰：工程化干細胞是細胞治療未來方向，能增強干細胞體內生存能力、賦予新特性功能，可作為疾病研究和藥物開發工具，但存在潛在基因毒性問題，如病毒轉染載體的隱蔽剪接信號可能破壞基因結構等。
• 聯合移植的前景與挑戰：臨床前研究顯示塞托利細胞、Treg、小膠質細胞和星形膠質細胞移植或與干細胞聯合移植對腦損傷和神經退行性疾病有益，小膠質細胞替代因免疫調節作用帶來新機會，但維持小膠質細胞或星形膠質細胞有益狀態以及明確人類宿主環境影響和疾病階段變化的關系仍具挑戰性。

未來展望

• 細胞產品生產方面：需進一步優化和完善大規模細胞產品的生產和分離方案，確保嚴格按照GMP規范進行生產，加強不同批次產品質量和功效的穩定性和一致性，為臨床應用提供可靠的細胞產品。
• 工程化干細胞方面：要深入研究解決工程化干細胞的基因毒性問題，開發更安全有效的基因編輯技術和載體系統，充分發揮其在增強干細胞功能和疾病研究等方面的潛力，推動相關臨床試驗的開展和應用。
• 聯合移植方面：加快對塞托利細胞等與干細胞聯合移植的臨床評估進程，深入研究小膠質細胞和星形膠質細胞在不同疾病階段和宿主環境中的作用機制，探索有效維持其有益狀態的方法，以實現更好的治療效果，為腦損傷和神經退行性疾病患者帶來更多希望。

寫在最后：未來，多學科的深度融合與全球范圍內的科研合作將是推動干細胞治療走向廣泛臨床應用的關鍵。我們期待在科研人員、臨床醫生以及監管機構的共同努力下，干細胞治療能夠不斷完善，早日成為神經系統疾病治療的常規手段，為改善患者生活質量、攻克醫學難題貢獻更大的力量 ，在醫學發展的長河中書寫新的輝煌篇章。

[1]:Wang Y, Cao Y, Xie W, et al. Advances in clinical translation of stem cell-based therapy in neurological diseases. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2025 Jan:271678X251317374. DOI: 10.1177/0271678×251317374. PMID: 39883811; PMCID: PMC11783424.

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