血腦屏障 (BBB) 是由中樞神經(jīng)系統 (CNS) 內皮細胞 (EC) 形成的選擇性屏障，這些內皮細胞通過(guò)連續的緊密連接連接，從而限制分子在BBB上的運動(dòng)。生理屏障受一系列物理、運輸和代謝特性以及與不同血管、免疫和神經(jīng)細胞的相互作用的調節。除了連接蛋白，BBB在分子水平上還包括粘附蛋白、轉運蛋白、基底層和細胞外基質(zhì)。BBB周?chē)h(huán)繞著(zhù)內皮細胞、周細胞、星形細胞足突、神經(jīng)元、肥大細胞、小膠質(zhì)細胞和循環(huán)免疫細胞。

BBB的選擇性屏障能力使其能夠調節CNS穩態(tài)并保護CNS免受毒素、病原體、炎癥、損傷和疾病的侵害。然而，血腦屏障的破壞或失調可能會(huì )導致通透性的變化，從而使病原體進(jìn)入大腦或引起神經(jīng)炎癥，從而導致幾種中樞神經(jīng)系統相關(guān)疾病的進(jìn)展，包括神經(jīng)退行性疾病（如帕金森病和阿爾茨海默病）、腦血管疾病。例如，中風(fēng)）和外傷性腦損傷。

一般而言，有兩種途徑允許分子在BBB上移動(dòng)：首先，通過(guò)脂溶性自由擴散，其次，通過(guò)催化轉運。通過(guò)廣泛的研究，研究人員發(fā)現脂溶性和/或尺寸非常小的化合物，例如酒精和某些低分子量麻醉劑或激素（即低于400-500道爾頓），可以很容易地通過(guò)ECs通過(guò)跨細胞途徑組成BBB。相反，特定的轉運蛋白或受體對于促進(jìn)各種其他較大的營(yíng)養物質(zhì)、離子和大分子的運動(dòng)是必需的。

由于血腦屏障的限制特性，藥物輸送到大腦存在障礙。估計98%的腦部疾病潛在療法無(wú)法穿透BBB。鑒于這些挑戰，已努力制定調節和繞過(guò)BBB的策略，以便挽救生命的藥物可以到達大腦中的特定目標，而不會(huì )干擾其他正在進(jìn)行的活動(dòng)。

了解BBB調節在治療神經(jīng)系統疾病中的機制至關(guān)重要，因為許多CNS療法無(wú)法繞過(guò)BBB。使用干細胞繞過(guò)血腦屏障進(jìn)行中樞神經(jīng)系統相關(guān)疾病的治療是很有希望的。雖然干細胞最常通過(guò)允許非全身歸巢的直接移植進(jìn)行遞送，但它們通常會(huì )在注射部位造成損傷。相比之下，通過(guò)靜脈內、肌肉內或鼻內施用干細胞不會(huì )造成傷害，但干細胞必須系統地歸巢并繞過(guò)BBB。這篇綜述文章進(jìn)一步解釋了干細胞繞過(guò)血腦屏障的歸巢機制以及干細胞治療在神經(jīng)退行性疾病中的應用。

干細胞移植治療神經(jīng)退行性疾?。焊杉毎绾卫@過(guò)血腦屏障并進(jìn)入大腦？

研究表明，MSCs能夠通過(guò)細胞旁或跨細胞途徑遷移穿過(guò)內皮細胞，隨后優(yōu)先返回大腦中的炎癥或損傷部位以發(fā)揮其治療作用。這已在使用MSC標記的熒光磁性納米粒子的小鼠全身成像研究中得到證實(shí)。雖然內源性MSCs如何遷移和響應損傷的機制仍然知之甚少，但某些損傷如創(chuàng )傷性腦損傷、中風(fēng)、腦腫瘤或衰老被認為會(huì )損害BBB保護的效率。這允許間充質(zhì)干細胞通過(guò)形成短暫的內皮間隙通過(guò)細胞旁通路遷移穿過(guò)內皮細胞。

MSCs的歸巢可以系統地或非系統地發(fā)生。在非全身歸巢中，MSCs直接移植到靶組織，隨后由趨化因子和其他因素引導至損傷部位。相反，在全身歸巢中，MSCs是在遠離部位靶組織或損傷部位的地方給藥的?？茖W(xué)家提出，間充質(zhì)干細胞的系統歸巢是由于它們與內皮細胞在白細胞樣多級級聯(lián)中的相互作用，最終使它們能夠遷移穿過(guò)血腦屏障。

一般來(lái)說(shuō)，幾種不同的機制模型提出，間充質(zhì)干細胞穿過(guò)循環(huán)系統，隨后通過(guò)整合到內皮中離開(kāi)血液循環(huán)，穿過(guò)內皮屏障。Ullah等人描述的MSC歸巢機制的多步級聯(lián)。由五個(gè)不同的步驟組成，即 (1) 束縛和滾動(dòng)，(2) 細胞因子激活，(3) 整合素細胞停滯，(4) 遷移，和 (5) 遷移，如圖所示圖1。

間充質(zhì)干細胞在治療性給藥時(shí)首先進(jìn)入血液。歸巢過(guò)程始于MSCs減速并通過(guò)束縛內皮細胞表達的選擇素與內皮細胞壁接觸，并開(kāi)始沿著(zhù)血管壁滾動(dòng)。接下來(lái)，整聯(lián)蛋白受體，如VLA-4，被激活以響應G蛋白偶聯(lián)趨化因子受體，如基質(zhì)細胞衍生因子1 (SDF-) 1，它結合由MSC表達的配體，如CXCR4或CXCR7。整合素激活后，MSCs 在內皮細胞膜上停滯，因為MSC表達的整合素（如VLA-4）與內皮細胞上的VCAM-1結合。較早的激活增加了細胞停滯所必需的整聯(lián)蛋白的親和力；因此，VLA-4/VCAM-1的相互作用使MSCs能夠牢固地粘附在內皮細胞上。

接下來(lái)，間充質(zhì)干細胞在稱(chēng)為輪回的過(guò)程中穿過(guò)內皮細胞層和基底膜，由降解內皮基底膜的基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMP) 的分泌促進(jìn)?；蛘?，MSC消除和分裂內皮細胞之間的緊密連接也可以促進(jìn)它們的輪回。據報道，MSCs通過(guò)質(zhì)管穿透內皮細胞 。最后，MSC 在受損組織釋放的各種信號（如生長(cháng)因子和趨化因子）的引導下遷移到損傷部位。一旦到達靶側，MSCs 可以誘導受損組織微環(huán)境的改變，從而促進(jìn)再生和保護。

遞送方法被認為會(huì )影響干細胞的歸巢能力。在損傷部位直接移植，例如，通過(guò)腦內注射或使用微型套管，被認為是成功歸巢細胞的更有效方法，盡管它們可能在注射部位造成損傷。另一方面，據報道，間接遞送，尤其是通過(guò)靜脈注射，會(huì )導致MSCs被困在肺血管系統中。然而，隨著(zhù)時(shí)間的推移，這些MSCs最終會(huì )從肺部遷移到其他組織，包括大腦。然而，肺中的包埋可能會(huì )縮短MSCs的治療壽命和潛在作用。

文獻表明，肌肉注射正成為一種流行的間充質(zhì)干細胞遞送方法，在治療包括肌營(yíng)養不良和腦癱在內的幾種兒科神經(jīng)障礙方面取得了可喜的成果。與通過(guò)靜脈注射給藥的MSCs治療壽命較短相比，由于活性分泌細胞的停留時(shí)間較長(cháng)，肌肉內注射MSCs可以潛在地治療遠處或全身性疾病，并具有持續的益處，并且已被臨床證明是安全的?；蛘?，干細胞可以通過(guò)鼻內應用遞送，這是一種廉價(jià)且簡(jiǎn)單的替代途徑，可有效繞過(guò)BBB治療神經(jīng)退行性疾病。

干細胞治療神經(jīng)退行性疾病的新途徑

BBB的完整性受疾病嚴重程度和持續時(shí)間的影響，被認為有助于某些神經(jīng)退行性疾病的進(jìn)展，盡管其機制仍不清楚。

然而，研究表明，干細胞療法在許多中樞神經(jīng)系統或神經(jīng)退行性疾病的組織再生和修復中代表了一種有前途的治療方式。使用MSC或神經(jīng)干細胞等干細胞已顯示出可喜的結果，有可能減緩并在某些情況下逆轉某些神經(jīng)退行性疾病的進(jìn)展。

尤其是間充質(zhì)干細胞治療非常受歡迎，這可能是由于它們的神經(jīng)保護和免疫調節特性，其中MSCs釋放神經(jīng)營(yíng)養和生長(cháng)因子以促進(jìn)組織修復和再生。如前一節所述，干細胞能夠歸巢到損傷側以啟動(dòng)內源性修復。此外，MSCs被認為可介導多種作用機制，使其可用于治療多種疾病。

MSCs的應用已在許多動(dòng)物模型和一些臨床研究中得到廣泛研究，包括但不限于帕金森病 (PD)、阿爾茨海默病 (AD)、肌萎縮側索硬化 (ALS)、多發(fā)性硬化和中風(fēng)。然而，干細胞作為一種治療神經(jīng)退行性疾病的工具，帶來(lái)了許多好處和挑戰，如表1所示。

干細胞與帕金森（PD）

PD是一種神經(jīng)退行性疾病，其特征是黑質(zhì)中多巴胺能細胞的損失，盡管它也可能是由其他神經(jīng)傳遞系統的退化引起的。因此，預防垂死神經(jīng)元細胞丟失或移植具有神經(jīng)元特性的細胞的治療對于治療PD至關(guān)重要。在人類(lèi)和動(dòng)物模型中對PD的研究表明，間充質(zhì)干細胞可以逆轉帕金森癥狀。

雖然改善背后的確切機制尚不清楚，但作者推測，更好的多巴胺能調節可能是由于轉化的多巴胺能神經(jīng)元及其末端的存活和功能造成的。

干細胞與阿爾茨海默?。ˋD)

AD是最常見(jiàn)的癡呆形式，目前尚無(wú)明確的治愈方法。這種疾病的病理學(xué)特征是淀粉樣蛋白-β肽的沉積和受影響的大腦區域中神經(jīng)原纖維纏結的形成。幾項研究在臨床前模型中證明了MSCs治療AD的功效。

研究發(fā)現MSC在A(yíng)D小鼠模型中通過(guò)調節淀粉樣蛋白-β清除來(lái)增強自噬并發(fā)揮神經(jīng)保護作用。這一發(fā)現表明，受損的AD大腦可能會(huì )通過(guò)使用MSCs通過(guò)調節自噬途徑來(lái)修復。

干細胞與漸凍癥（ALS）

ALS被稱(chēng)為漸凍癥是一種沒(méi)有已知治愈方法的神經(jīng)系統疾病，但干細胞療法，特別是MSC，是ALS治療的有希望的候選者。ALS小鼠模型的臨床前研究表明，骨髓來(lái)源的MSC可被誘導分泌神經(jīng)營(yíng)養因子 (NTF)，從而延緩運動(dòng)神經(jīng)元退化并改善運動(dòng)性能。

這些數據，在1/2期 ( NCT01051882) 和2a ( NCT01777646) 臨床試驗中，肌內 (IM) 植入ALS患者的骨髓MSC-NTFs。在試驗的1/2階段，6名早期A(yíng)LS患者通過(guò)IM方法給予MSC-NTF，另外6名晚期A(yíng)LS患者進(jìn)行鞘內注射（IT）。2a期臨床試驗是一項劑量遞增研究，共有14名早期A(yíng)LS患者接受了自體MSC-NTF的IM和IT移植。

在臨床試驗中，雖然部分患者出現頭痛、發(fā)熱、嘔吐、腿部和背部疼痛以及頸部僵硬等癥狀，但MSC-NTF的 IM、IT和IM+IT移植后均未報告嚴重的不良反應。除此之外，在注射部位沒(méi)有發(fā)現感染或腫瘤形成。雖然MSC-NTF的IM植入與IT植入相比僅誘導了較小的有益臨床效果，但兩種方法都是安全的，有跡象表明可能對 ALS患者有臨床意義的益處。

干細胞與腦損傷（TBI）

已發(fā)現創(chuàng )傷性腦損傷 (TBI) 會(huì )引發(fā)神經(jīng)變性，如果不及時(shí)治療，則會(huì )增加發(fā)展成更嚴重疾病的風(fēng)險，例如慢性創(chuàng )傷性腦病、癡呆、AD和PD。

近年來(lái)，越來(lái)越多的證據支持使用間充質(zhì)干細胞減輕TBI后遺癥的有效性，這表明MSCs可以增強患者神經(jīng)系統的功能。安巴里等人已經(jīng)證明，在TBI大鼠中靜脈注射的MSCs能夠分化成神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞樣細胞，從而改善感覺(jué)和運動(dòng)功能，增強神經(jīng)生長(cháng)和再生。

Cox等人進(jìn)行的另一項研究。已將MSCs靜脈內植入10名患有TBI且格拉斯哥昏迷評分 (CGS) 評分在5至8之間的兒童，并對其進(jìn)行了6個(gè)月的監測。在這10名兒童中，有7人在GCS上表現出積極的結果。另有3名兒童的生活質(zhì)量沒(méi)有顯著(zhù)改善。然而，他們都沒(méi)有因使用MSC療法而遭受任何不良反應或死亡。隨后，MSC被用于治療成人TBI，并取得了積極的結果 ，證明間充質(zhì)干細胞的方法可以作為T(mén)BI患者的治療方法。

結論

迄今為止，干細胞療法在治療神經(jīng)退行性疾病患者方面具有很大的潛力，具有許多臨床安全性和有效性經(jīng)驗。干細胞繞過(guò)血腦屏障并遷移到大腦的親和力和能力使它們成為一種通用的治療方式，要么依靠干細胞的內源性治療特性，要么利用它們的歸巢特性進(jìn)行藥物輸送。

然而，需要更多的研究來(lái)更好地了解潛在的作用機制并擴大干細胞作為治療神經(jīng)退行性疾病的治療工具的應用。

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