概述：脊髓損傷（SCI）是一種毀滅性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，會導(dǎo)致運動和感覺功能嚴(yán)重殘疾，導(dǎo)致患者生活質(zhì)量顯著惡化。由于SCI病理生理學(xué)的復(fù)雜性，目前尚無有效的治療方法來逆轉(zhuǎn)神經(jīng)組織損傷并恢復(fù)神經(jīng)功能。已經(jīng)開發(fā)出幾種針對SCI病理生理機制不同階段的新療法。其中，使用干細(xì)胞的治療對于受損神經(jīng)組織的再生具有巨大潛力。

在這篇綜述中，我們總結(jié)了最近針對神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）的臨床前和臨床研究。NSC是具有神經(jīng)譜系特定分化能力的多能細(xì)胞。幾項臨床前研究已經(jīng)證明了SCI動物模型中移植的NSC通過旁分泌作用和直接神經(jīng)元分化的再生作用，恢復(fù)突觸連接和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

基于多項臨床前研究的積極結(jié)果，已經(jīng)開展了使用NSC的I期和II期臨床試驗。盡管NSCs在SCI患者的臨床應(yīng)用中還存在一些需要解決的障礙和問題，但NSCs治療技術(shù)開發(fā)和療效的逐步進(jìn)展增強了SCI細(xì)胞治療的前景。使用NSC的I期和II期臨床試驗已經(jīng)進(jìn)行。

神經(jīng)干細(xì)胞的來源

NSC的建立有多種來源。其中，NSCs的常規(guī)來源是胎兒CNS。胎兒NSCs（fNSCs）具有自我更新潛力和神經(jīng)分化能力。NSC的治療潛力已在SCI模型中得到證實，有趣的是，人類NSC在注射到免疫缺陷小鼠體內(nèi)后顯示出神經(jīng)發(fā)生。NSC可以分化為神經(jīng)元，神經(jīng)元可以與周圍的神經(jīng)元連接。憑借多項臨床前研究的有希望的數(shù)據(jù)，大多數(shù)臨床試驗都使用源自人類胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)（包括大腦和脊髓）的NSC。然而，使用胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)不可避免的倫理問題對于商業(yè)開發(fā)至關(guān)重要，并且它們?yōu)槠渌?xì)胞來源提供了強大的動力。

一種候選者是成體NSC（aNSC），它可以從成體CNS中分離出來。成人嗅球是NSC的來源。嗅球核心是吻端遷移流的延伸，因此是神經(jīng)祖細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞的潛在來源。

最近，技術(shù)發(fā)展導(dǎo)致從ESC或iPSC建立NSC。當(dāng)ESC和iPSC被生長因子和細(xì)胞因子等多種誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)分化為NSC時，這些NSC具有與fNSC相似的特性，可以誘導(dǎo)免疫缺陷小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)發(fā)生。在多項臨床前研究中，源自ESC或iPSC的NSC的治療潛力已在SCI動物模型中得到證實。迄今為止，使用ESC或 iPSC 治療SCI的人類臨床數(shù)據(jù)很少。目前只有2項臨床試驗（ESC 和 iPSC 各一項）正在進(jìn)行中。與其他細(xì)胞來源相比，iPSC在倫理問題和免疫排斥方面具有很大優(yōu)勢。因此，隨著iPSC技術(shù)的進(jìn)步，人們對iPSC產(chǎn)生的NSC 的興趣將不斷增加。

神經(jīng)干細(xì)胞移植用于脊髓損傷的臨床前研究

臨床前研究的設(shè)計應(yīng)旨在解決臨床使用的干細(xì)胞產(chǎn)品的活性和安全性。必須在臨床前模型中研究有關(guān)干細(xì)胞在疾病適應(yīng)癥中的潛在作用機制、針對疾病過程的干預(yù)時機以及輸送到作用部位的方式的信息。文獻(xiàn)中報道了許多在SCI動物模型中使用NSC的臨床前研究，并且NSC移植的治療潛力、安全性和幾個技術(shù)方面已經(jīng)在各種條件下進(jìn)行了測試。

表1總結(jié)了使用NSC的實驗研究的特點。NSC治療已在SCI的各個階段進(jìn)行了測試：急性、亞急性和慢性。小鼠和大鼠是最常用的動物。

盡管許多研究報告了NSC治療SCI的良好結(jié)果，但在實際臨床實踐中使用NSC仍有很長的路要走。要從實驗室走向臨床，第一步應(yīng)該是確定動物模型和人類SCI之間的差異，并縮小模型固有局限性造成的差距。一般來說，沒有可靠的動物模型可以預(yù)測人類疾病。在這種情況下，使用最能代表預(yù)期適應(yīng)癥關(guān)鍵特征的模型是最好的選擇。大多數(shù)人類SCI病例是由機械損傷引起的。因此，我們利用脊髓機械創(chuàng)傷開發(fā)了幾種SCI動物模型。然而，脊髓的再生潛力和物理尺寸因物種而異。

神經(jīng)干細(xì)胞移植臨床轉(zhuǎn)變策略

除了從臨床前研究到臨床轉(zhuǎn)變的一般考慮外，還需要闡明更多關(guān)于 NSC 的知識。尚未解答的關(guān)鍵問題如下：（1）最佳治療時機是什么？(2) 成功治療的最佳組合或補充措施是什么？(3) 最佳給藥途徑是什么？(4) 應(yīng)該移植多少細(xì)胞？(5) 就功效、實用性和安全性而言，應(yīng)使用哪種細(xì)胞來源？

神經(jīng)干細(xì)胞治療的最佳時機

由于神經(jīng)膠質(zhì)疤痕是損傷部位軸突生長和重新融入神經(jīng)回路的主要障礙之一，因此SCI急性期的細(xì)胞移植可能比SCI慢性期的治療更有益。程等人在T10挫傷大鼠模型中測試了3種不同的人NSC注射時間（急性、亞急性和慢性）。亞急性組比慢性組表現(xiàn)出更顯著的功能改善，這支持了SCI早期治療的想法。此外，多項研究表明NSC通過抑制神經(jīng)炎癥發(fā)揮有益作用。這些發(fā)現(xiàn)意味著NSC移植可能有益于SCI的急性至亞急性期，即炎癥過程最活躍的時期。

成功治療NSC的綜合或補充措施

由于SCI是一個復(fù)雜的過程，具有隨時間變化的多相細(xì)胞和分子反應(yīng)，因此在不同損傷時間窗和情況的患者中測試各種策略非常重要，同時努力尋找治療SCI患者的最佳時間窗。很明顯，單一的治療方式對于SCI的治療是無效的。已經(jīng)研究了幾種增強移植細(xì)胞存活、遷移、分化和軸突再生以及功能恢復(fù)的組合治療。通過將基因植入NSC中，與神經(jīng)營養(yǎng)因子（例如 EGF、bFGF、血小板源性生長因子和神經(jīng)營養(yǎng)蛋白-3）進(jìn)行協(xié)同治療。

神經(jīng)干細(xì)胞最有前途的組合治療方法之一是使用組織工程支架。支架的使用可以充當(dāng)填補病變間隙并幫助重新連接和恢復(fù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁。

給藥途徑

國家安全委員會的管理路線問題也是一個需要解決的復(fù)雜問題。三種注射途徑可用于SCI治療，并且已經(jīng)過測試：鞘內(nèi)注射、脊柱內(nèi)注射和靜脈內(nèi)注射。

如表1所示，大多數(shù)使用NSC的臨床前研究均采用椎管內(nèi)途徑進(jìn)行細(xì)胞移植。雨森等人比較了急性挫傷性 SCI模型中的鞘內(nèi)和椎管內(nèi)給藥途徑。這兩種方法都有利于功能性運動恢復(fù)。然而，椎管內(nèi)注射組病變處的細(xì)胞移植物存活率更好，他們得出結(jié)論，椎管內(nèi)移植對長期脊髓組織再生更有幫助。

盡管如此，也有支持鞘內(nèi)注射作為給藥途徑的證據(jù)。程等人將人NSC局部和遠(yuǎn)端移植到SCI挫傷大鼠模型中，遠(yuǎn)端注射組觀察到顯著的功能恢復(fù)。大多數(shù)研究人員一致認(rèn)為，這些有益作用主要來自神經(jīng)干細(xì)胞的旁分泌作用。

盡管這些給藥途徑在直接神經(jīng)元分化和組織再生方面明顯不利，但鞘內(nèi)或靜脈內(nèi)途徑是比椎管內(nèi)注射更具微創(chuàng)性的方法，并且在現(xiàn)實臨床環(huán)境中更容易進(jìn)行，特別是對于治療患者SCI急性期。綜上所述，神經(jīng)干細(xì)胞移植最有效的給藥途徑似乎是椎管內(nèi)注射。更多研究標(biāo)準(zhǔn)化椎管內(nèi)注射程序并驗證其功效。

移植所需的細(xì)胞數(shù)量

需要移植多少細(xì)胞才能獲得陽性結(jié)果是另一個懸而未決的問題。臨床前研究通常為確定人類起始劑量提供基礎(chǔ)。干細(xì)胞的劑量取決于其穩(wěn)定性，因為在給藥前應(yīng)維持干細(xì)胞的有效數(shù)量。文獻(xiàn)中提出的臨床前研究中移植細(xì)胞的數(shù)量范圍為每公斤動物體重1×10⁵至4×10⁷個細(xì)胞。

參考表1，大多數(shù)臨床前研究NSC已使用大約5×10⁵至1×10⁶個細(xì)胞進(jìn)行椎管內(nèi)細(xì)胞移植。尤瑟菲法德等人表明較高的細(xì)胞劑量（>3×10⁶個細(xì)胞/kg）是移植的最佳選擇。然而，少數(shù)研究表明，移植的干細(xì)胞存活數(shù)量存在一定閾值，移植細(xì)胞數(shù)量與功能恢復(fù)之間不存在相關(guān)性。需要進(jìn)一步的研究來確定移植細(xì)胞數(shù)量的最佳范圍，不僅在動物模型中，而且在人類中。

神經(jīng)干細(xì)胞的細(xì)胞來源問題

最后，用于獲取NSC的細(xì)胞來源也是SCI干細(xì)胞治療的一個重要問題。已經(jīng)測試了各種細(xì)胞來源。移植物存活、神經(jīng)元分化和功能恢復(fù)已在大多數(shù)臨床前研究中得到證實，其中來自胎兒大腦和脊髓的同種異體 NSC 以及人類NSC被移植到小鼠和大鼠模型中。到目前為止，似乎沒有特定的NSC生產(chǎn)線比其他生產(chǎn)線表現(xiàn)出顯著的比較優(yōu)勢。這意味著應(yīng)進(jìn)一步探索來自不同細(xì)胞來源和譜系的所有NSC的功效和安全性。致瘤性和免疫排斥是關(guān)于細(xì)胞來源的兩個最重要的問題。

在致瘤性方面，需要考慮許多實驗設(shè)計參數(shù)，包括動物模型的選擇、研究持續(xù)時間、給藥途徑、測試的細(xì)胞數(shù)量、陽性對照選擇以及陽性結(jié)果的定義。所選動物模型應(yīng)允許干細(xì)胞產(chǎn)品充分存活，以便能夠評估潛在的致瘤性。因此，免疫功能低下的嚙齒動物經(jīng)常用于此目的。同樣，研究持續(xù)時間應(yīng)足以允許檢測潛在的腫瘤。監(jiān)管機構(gòu)已要求進(jìn)行持續(xù)9-12個月的致瘤性研究。迄今為止，關(guān)于SCI動物模型中NSC治療形成腫瘤的報道很少。

因此應(yīng)該徹底研究有關(guān)免疫排斥的問題。免疫排斥問題使iPSC成為人們關(guān)注的焦點。憑借避免倫理問題的優(yōu)勢，自體iPSC已成為人類NSC最具吸引力的細(xì)胞來源之一。然而，需要大量研究來確保iPSC在SCI治療中的有效性、可行性和安全性。

使用神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的臨床試驗

與相對豐富的SCI動物模型中NSCs移植的臨床前研究相對豐富，文獻(xiàn)中發(fā)表的NSCs治療SCI患者的臨床試驗卻很少（表2）。令人鼓舞的是，一些研究報告了其手術(shù)安全性以及SCI患者NSC移植后功能恢復(fù)的部分成功。但由于入組患者數(shù)量較少，且大多數(shù)試驗僅納入SCI的亞急性期（受傷后1周至6個月內(nèi)）和慢性期（受傷后6個月以上）患者，因此，很難斷定NSC的治療效果，特別是在急性期SCI中。

學(xué)習(xí)	國家	臨床階段	受傷部位	治療時機	細(xì)胞類型	細(xì)胞來源	給藥途徑	結(jié)果
莫維利亞等人。2009年	阿根廷	第一階段	頸椎/胸椎	慢性的*	自體 NSC		供血動脈輸液	5/8 的患者顯示出功能恢復(fù)。
申等人2015年	韓國	一期/二期	宮頸	SCI 后 22–213 天	人NSPC	人類胎兒大腦	病灶內(nèi)注射	感覺運動功能的部分改善
戈布里爾等人2017年	美國	第二階段	頸/胸	SCI后至少4個月	NSC (HuCNS-SC)	人類胎兒大腦	病灶內(nèi)注射	整體平均功能結(jié)果測量的改進(jìn)
利維等人2018	美國	第一階段	頸/胸	SCI 后 4–24 個月	NSC (HuCNS-SC)	人類胎兒大腦	病灶內(nèi)注射	手動注射技術(shù)安全可行
柯蒂斯等人2018	美國	第一階段	胸椎	SCI 后 1-2 年	神經(jīng)干細(xì)胞 (NSI-566)	人胎兒脊髓	病灶內(nèi)注射	可以安全移植
利維等人2019	美國	第二階段	宮頸	SCI 后 4–24 個月	NSC (HuCNS-SC)	人類胎兒大腦	病灶內(nèi)注射	治療參與者的運動功能增強

結(jié)論

NSC是自我更新的多能干細(xì)胞，可以分化為神經(jīng)譜系細(xì)胞。在過去的二十年里，許多臨床前研究已經(jīng)在多種SCI動物模型中測試了NSC的有效性和安全性。多項研究觀察到成功的神經(jīng)元分化、替代受損的神經(jīng)組織和功能改善。此外，神經(jīng)干細(xì)胞分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，幫助保護(hù)或再生受傷的脊髓。

在臨床前水平上，NSCs移植已被證明是治療SCI的一種有前途的治療方法。然而，一些NSCs的臨床試驗并沒有顯示出預(yù)期的足夠療效。這些結(jié)果表明需要進(jìn)一步評估，并且應(yīng)進(jìn)一步探索 NSC 移植改善 SCI 后預(yù)后的確切機制。

展望未來，應(yīng)通過未來的研究獲取和驗證進(jìn)一步的數(shù)據(jù)，例如神經(jīng)元再生和功能恢復(fù)方面的治療益處、劑量和給藥周期的調(diào)整、最佳注射途徑、安全性以及最有希望獲得NSC的細(xì)胞來源。此外，臨床前動物模型與人類SCI的匹配是另一個需要克服的主要障礙。

最后，還需要強調(diào)的是，單一治療方式可能不足以治療SCI。除了細(xì)胞移植外，可能還需要神經(jīng)營養(yǎng)和生長因子、支架的使用和神經(jīng)康復(fù)等聯(lián)合療法。它們的最佳組合和功效也應(yīng)該在未來的研究中得到驗證。盡管存在這些不確定性，許多臨床前研究和臨床試驗報告了神經(jīng)干細(xì)胞治療脊髓損傷的可喜結(jié)果。我們相信，NSC有潛力在不久的將來在SCI治療方面取得重大突破。

參考資料：Advances in Neural Stem Cell Therapy for Spinal Cord Injury: Safety, Efficacy, and Future Perspectives

Neurospine. 2022;19(4):946-960.   Published online November 10, 2022
DOI: https://doi.org/10.14245/ns.2244658.329

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