間充質(zhì)干細胞（MSC）是多能干細胞，其旁分泌和免疫調節潛力使其成為中樞神經(jīng)系統（CNS）再生的有希望的候選者。大量研究表明，間充質(zhì)干細胞可以促進(jìn)免疫調節、抗細胞凋亡和軸突重新延伸，從而恢復功能性神經(jīng)回路。因此，間充質(zhì)干細胞的治療效果已被評估用于各種中樞神經(jīng)系統疾病，包括脊髓損傷、腦缺血和神經(jīng)退行性疾病。

介紹：損傷和神經(jīng)退行性疾病通常會(huì )導致神經(jīng)元損失和中樞神經(jīng)系統 (CNS) 軸突損傷。成熟的哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統中的神經(jīng)元無(wú)法自發(fā)再生。人們付出了巨大的努力來(lái)認識中樞神經(jīng)系統再生衰竭的機制，但仍然缺乏完整的理解。廣泛的再生策略，特別是通過(guò)增加神經(jīng)元存活和軸突重新延伸，已取得了不同程度的成功。

間充質(zhì)干細胞（MSC）是研究最廣泛的多能干細胞之一，存在于多個(gè)器官中并且可以源自各種組織。它們分化為幾乎任何終末期譜系細胞的能力和強大的旁分泌作用使間充質(zhì)干細胞成為內源性再生的有希望的候選者。此外，間充質(zhì)干細胞可以通過(guò)全身和局部遞送途徑安全有效地移植。

大量研究表明，間充質(zhì)干細胞移植可以調節神經(jīng)元生長(cháng)和軸突重新延伸，并改善中樞神經(jīng)系統損傷或退化后的神經(jīng)系統功能。在這篇綜述中，我們討論了間充質(zhì)干細胞治療神經(jīng)系統疾病作用及其潛在的相關(guān)機制[1]。

間充質(zhì)干細胞三大作用機制助力修復神經(jīng)系統損傷

一、間充質(zhì)干細胞的免疫調節作用

間充質(zhì)干細胞的抗炎作用主要是通過(guò)分泌各種酶和可溶性因子及其對T淋巴細胞的旁分泌作用來(lái)實(shí)現的，包括幼稚CD4+T細胞、Th1細胞、Th2細胞、Th17細胞、CD4+FoxP3+調節性T細胞細胞 (Treg) 和CD8+T細胞。它們還具有多種抗炎作用，包括影響B(tài)細胞的趨化特性、抑制白細胞介素2 (IL-2) 誘導的自然殺傷 (NK) 細胞活化，下調 NK激活受體，并影響骨髓細胞的功能，如單核細胞、樹(shù)突狀細胞和巨噬細胞（圖1）。

MSC通過(guò)破壞免疫細胞的激活、增殖、成熟、細胞溶解活性、細胞因子產(chǎn)生或抗體產(chǎn)生來(lái)調節免疫細胞。中樞神經(jīng)系統及其屏障充滿(mǎn)了先天性和適應性免疫細胞，它們在疾病中與神經(jīng)膠質(zhì)細胞相互作用。免疫細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞之間的相互作用已被證明在中樞神經(jīng)系統的再生能力中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。間充質(zhì)干細胞對免疫細胞的作用可能參與免疫細胞與神經(jīng)膠質(zhì)細胞的相互作用，進(jìn)而影響中樞神經(jīng)系統的再生。

大量數據發(fā)現，間充質(zhì)干細胞可分泌多種可溶性分子，包括肝細胞生長(cháng)因子（HGF）、轉化生長(cháng)因子-β1（TGF-β1）、吲哚胺吡咯2,3-雙加氧酶（IDO）、前列腺素E2（PGE2）、白細胞介素等。(IL)-13、IL-10、IL-12p70、IL-17E和IL-27發(fā)揮抗炎潛力 。從BM、AT、牙髓、沃頓膠 (WJ) 和胎盤(pán)旁分泌抗炎因子（例如TGF-β）中分離的人MSC，可促進(jìn)神經(jīng)保護作用。促炎細胞因子、基質(zhì)剛性、葡萄糖水平和缺氧可以增加MSC產(chǎn)生的TGF-β。另一方面，TGF-β也已被證明通過(guò)MSC中的SMAD2/3磷酸化發(fā)出信號來(lái)調節M(mǎn)SC本身的生物學(xué)。通過(guò)分泌生物活性和營(yíng)養因子的能力，間充質(zhì)干細胞對細胞再生和新組織生長(cháng)產(chǎn)生顯著(zhù)影響。

二、間充質(zhì)干細胞的抗凋亡作用

體外研究表明，BM-MSC可以調節肌萎縮側索硬化癥 (ALS) 中神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞對細胞凋亡的反應 。其他研究還表明，腦內、靜脈內或腦室內MSCs移植可以改善內源性神經(jīng)細胞的凋亡。浸潤的炎癥相關(guān)免疫細胞釋放大量活性氧，導致受傷區域的程序性細胞死亡。MSCs可能抑制氧化應激并增加腦中抗凋亡Bcl-2基因的表達。既往研究表明，miRNA包括miR-134、miR-138-5p、miR132-3p、miR-21-3p和miR-22-3p在這些MSC介導的腦中抗凋亡作用中發(fā)揮重要作用。

三、間充質(zhì)干細胞的軸突再延伸效應

損傷后軸突再生被定義為軸突再生和隨后損傷區域的神經(jīng)支配，從而導致中樞神經(jīng)系統功能的恢復。軸突再延伸被定義為軸突長(cháng)時(shí)間的再生，長(cháng)距離進(jìn)行從頭生長(cháng)以達到其目標。人們普遍認為，來(lái)自受損區域周?chē)獠凯h(huán)境的許多外在因素限制了軸突的重新延伸，例如硫酸軟骨素蛋白多糖（CSPG）、髓磷脂相關(guān)糖蛋白（MAG）、少突膠質(zhì)細胞髓鞘糖蛋白和Nogo-A。阻止這些抑制信號被認為是促進(jìn)軸突重新延伸的一種有前途的方法。

間充質(zhì)干細胞已被證明可以幫助神經(jīng)突克服Nogo-A、MAG和CSPG的抑制作用。在MSC/神經(jīng)元共培養中，MSC相對于Nogo-A和 MAG 促進(jìn)脊髓神經(jīng)元粘附和神經(jīng)突延伸。除了抑制外在因素外，MSC還為HGF、表皮生長(cháng)因子 (EGF)、神經(jīng)營(yíng)養蛋白-3 (NT-3) 和GDNF重建功能性局部回路提供了有利的微環(huán)境。

間充質(zhì)干細胞治療脊髓損傷

脊髓損傷會(huì )導致神經(jīng)組織立即喪失，隨后受傷脊髓節段以下的感覺(jué)和運動(dòng)功能會(huì )出現永久性缺陷。SCI常見(jiàn)的有前景的實(shí)驗療法包括神經(jīng)營(yíng)養因子、針對抑制分子的酶和抗體、活化的巨噬細胞、橋接支架和干細胞移植?；诟杉毎脑偕t學(xué)已成為治療SCI的一種新的有前景的治療方法。間充質(zhì)干細胞具有創(chuàng )造修復環(huán)境的潛力，這是探索間充質(zhì)干細胞用于神經(jīng)系統再生醫學(xué)的主要動(dòng)機。

早在2021年，耶魯大學(xué)和日本札幌醫科大學(xué)的研究者在國際期刊《Clinical Neurology And Neurosurgery》共同發(fā)布了一項研究成果。在此項試驗中科研人員利用干細胞修復脊髓損傷，旨在探究干細胞的可行性、安全性與有效性。

招募的13位脊髓損傷患者在接受自體間充質(zhì)干細胞治療后，有12名患者在6個(gè)月后神經(jīng)功能得到明顯改善，并且超過(guò)一般患者關(guān)鍵技能（如走路和用手）有了實(shí)質(zhì)性改善。該試驗證明：間充質(zhì)干細胞治療脊髓損傷安全、有效。為脊髓損傷患者帶來(lái)了新希望。

間充質(zhì)干細胞干細胞治療腦缺血

缺血性中風(fēng)會(huì )引起廣泛的神經(jīng)炎癥反應，這似乎是腦損傷擴散的原因。然而，旨在使用細胞抑制劑或介質(zhì)減少缺血性中風(fēng)后免疫反應的實(shí)驗療法尚未成功。在這種情況下，使用干細胞的新治療策略已成為一種有前途的工具。最常用的干細胞是MSC，因為它們具有強大的營(yíng)養能力。間充質(zhì)干細胞潛在治療活性的可能機制包括神經(jīng)保護、免疫調節以及中風(fēng)中神經(jīng)發(fā)生、突觸發(fā)生、星形細胞發(fā)生、少突膠質(zhì)細胞發(fā)生和血管發(fā)生的激活。目前的研究表明間充質(zhì)干細胞發(fā)揮的有益作用主要與分化和免疫調節機制有關(guān)。

2016年，國際期刊雜志《HHS Author Manuscripts》發(fā)表了一篇移植改良骨髓間充質(zhì)干細胞治療中風(fēng)的臨床結果，加利福尼亞州斯坦福大學(xué)醫學(xué)院和斯坦福醫療保健中心神經(jīng)外科發(fā)現中風(fēng)患者的臨床結果（歐洲中風(fēng)量表、美國國立衛生研究院中風(fēng)量表和Fugl-Meyer總分）有所改善。

與此同時(shí)，2019年，美國中風(fēng)雜志發(fā)表了一項靜脈注射同種異體間充質(zhì)干細胞治療慢性中風(fēng)的安全性和初步療效的I/II期研究結果，報道稱(chēng)，在這項隨機、安慰劑對照研究中，慢性中風(fēng)患者靜脈輸注同種異體間充質(zhì)干細胞表明行為有所改善。

間充質(zhì)干細胞治療神經(jīng)退行性疾病

中樞神經(jīng)系統疾病的患病率不斷上升，歸因于神經(jīng)退行性疾病，包括阿爾茨海默病 (AD)、帕金森病 (PD)、亨廷頓病 (HD)、肌萎縮側索硬化癥 (ALS)、多發(fā)性硬化癥 (MS) 和多系統萎縮癥 (MSA) ）。此類(lèi)疾病的一個(gè)共同特征是進(jìn)行性神經(jīng)元死亡，導致神經(jīng)功能障礙。盡管近年來(lái)我們對神經(jīng)退行性疾病病理學(xué)的認識有所提高，但尚未實(shí)現精確可靠的治療方法。目前常見(jiàn)的治療方法只是緩解癥狀，并不影響這些疾病的主要病理特征。間充質(zhì)干細胞在細胞治療方面具有巨大的潛力，因為它們可以分化為神經(jīng)命運并分泌多種因子，這些因子能夠促進(jìn)神經(jīng)保護或再生機制。此外，移植后，間充質(zhì)干細胞具有歸巢神經(jīng)損傷的能力，這意味著(zhù)它們有可能用作治療藥物給藥的載體。

間充質(zhì)干細胞治療阿爾茨海默?。?/strong>2018年3月初，根據日本再生醫學(xué)安全法案，日本福岡三一診所使用AstroStem治療AD的安全性和有效性獲得了日本九州認證專(zhuān)業(yè)委員會(huì )的批準，認證結果同時(shí)遞交給了日本厚生勞動(dòng)省九州分局，并于2018年4月11日正式獲批。2018年4月12日起，該診所開(kāi)始使用AstroStem治療AD，目前已經(jīng)開(kāi)始對3例韓國AD患者進(jìn)行首次細胞治療，方案仍是這些患者在2h內分別注射2億個(gè)細胞，未來(lái)他們將每2周接受1次治療，總共治療10次，目前試驗尚在進(jìn)行之中。

異體間充質(zhì)干細胞治療老年阿爾茨海默病的臨床應用也有報道。此前，美國Longeveron生物制藥公司，宣布自2016年10月至2020年9月招募33例50~80歲的AD患者參與Ⅰ期臨床試驗，以評估其骨髓異體MSCs產(chǎn)品對老年AD患者治療的安全性和有效性，這項隨機、安慰劑對照和雙盲的臨床試驗，將在佛羅里達州邁阿密大學(xué)米勒醫學(xué)院、邁阿密猶太衛生系統和大腦研究所進(jìn)行。

Longeveron公司的異體MSCs產(chǎn)品來(lái)源于年輕健康供體的骨髓，對比從老年AD患者自體脂肪中提取的MSCs，年輕健康供者中獲得的高質(zhì)量的干細胞，很可能具有治療效果上的優(yōu)勢。根據劑量分為2組，一組接受2×107個(gè)細胞的外周靜脈注射，另一組接受1×108個(gè)細胞外周靜脈注射。該項目已在ClinicalTrail上注冊，目前還在進(jìn)行中。

間充質(zhì)干細胞治療帕金森?。?/strong>2018年6月，中科院院士科研團隊在猴模型中測試了臍帶來(lái)源間充質(zhì)干細胞治療帕金森病的安全性和有效性，展示了長(cháng)達2年的評價(jià)數據，表明干細胞分化的神經(jīng)細胞相對安全，且有明顯效果。為我國首項基于干細胞的I/II期帕金森治療臨床研究提供了臨床前數據支持。

2020年，美國、西班牙科學(xué)家合作，研究人員將間充質(zhì)干細胞回輸到兩名帕金森病患者的面部組織中，發(fā)現可以持續減少患者的運動(dòng)和非運動(dòng)癥狀，降低藥物劑量，幫助兩位帕金森患者緩解了病情。該研究被發(fā)表在臨床神經(jīng)科學(xué)雜志《Journal of Clinical Neuroscience》上。

間充質(zhì)干細胞治療漸凍癥：以色列研究團隊開(kāi)展自體骨髓MSC治療漸凍癥的臨床研究，19例患者接受MSC鞘內注射，9名患者同時(shí)接受1次靜脈注射，前6個(gè)月的觀(guān)察中ALSFRS平均分數保持穩定，在MSC治療后Treg細胞的數量短期內有所增加。

該團隊繼續開(kāi)展1和2期臨床研究，其中1/2期有12名患者和2a期有14名患者（20-75歲），經(jīng)過(guò)肌肉注射聯(lián)合鞘內注射MSC，大部分患者自我感覺(jué)改善良好，根據肺活量（FVC）和ALSFRS-R評分，這些患者治療后6個(gè)月在疾病進(jìn)展惡化速率方面至少有25%的改善。

基于MSC的治療是一種安全可行的技術(shù)。由于臨床前和臨床研究已經(jīng)證明間充質(zhì)干細胞治療神經(jīng)退行性疾病的有效性，許多研究開(kāi)始關(guān)注增強療效的方法。

其他中樞神經(jīng)系統疾病

盡管間充質(zhì)干細胞治療中樞神經(jīng)系統疾病的臨床應用目前仍處于起步階段，但間充質(zhì)干細胞的研究在過(guò)去十年中迅速擴大。除了神經(jīng)退行性疾病、腦缺血和脊髓損傷之外，大量動(dòng)物模型研究也證明了間充質(zhì)干細胞治療癲癇方面的作用。在癲癇大鼠模型中，BM-MSC可以通過(guò)抑制神經(jīng)元細胞死亡和異常苔蘚纖維發(fā)芽來(lái)減少癲癇發(fā)生。UCB-MSCs可能會(huì )增強GABA神經(jīng)遞質(zhì)水平并改善戊四唑誘導的大鼠慢性癲癇的氧化應激損傷。

此外，在一期開(kāi)放標簽研究中，間充質(zhì)干細胞可以成為抗癲癇藥物耐藥性癲癇患者細胞治療的安全且有前途的候選者。為了提高M(jìn)SC在癲癇小鼠模型中的治療效果，已使用基因工程MSC，例如IL-13工程MSC，其顯示出增強的神經(jīng)保護和疾病緩解作用。

增強間充質(zhì)干細胞治療效果的方法

盡管間充質(zhì)干細胞是中樞神經(jīng)系統再生的有希望的候選者，但低治療效果限制了其臨床應用。不同的培養條件可能會(huì )導致MSC的存活、歸巢和關(guān)鍵功能特征發(fā)生改變。

馬德里加爾等人發(fā)現低氧條件下的細胞培養通過(guò)增加HGF、TGF-b、VEGF、TSG-6的分泌對MSC的治療特性具有潛在影響，這對中樞神經(jīng)系統再生很重要。

其他人證明促炎刺激和三維生長(cháng)刺激MSC的營(yíng)養因子分泌。顯然，培養條件將極大地影響間充質(zhì)干細胞的治療效果。除了培養基之外，開(kāi)發(fā)的治療策略也可以增強間充質(zhì)干細胞的治療效果，例如遞送途徑和時(shí)機。盡管對于間充質(zhì)干細胞的最佳輸送途徑尚未達成共識，但腦室內移植可能是最有效的。

通過(guò)回顧之前的臨床前和臨床研究，Park等人發(fā)現，與靜脈內和實(shí)質(zhì)內途徑相比，間充質(zhì)干細胞的腦室內移植可能與中樞神經(jīng)系統再生的內源性增強有關(guān)。腦室內移植的間充質(zhì)干細胞以時(shí)間依賴(lài)性方式減輕腦損傷。在腦室內出血大鼠模型誘導后2至7天給藥時(shí)，顯示出顯著(zhù)的神經(jīng)保護作用。

結論

越來(lái)越多的證據表明間充質(zhì)干細胞可以成為促進(jìn)中樞神經(jīng)系統再生和功能恢復的潛在療法。間充質(zhì)干細胞的治療作用極其復雜。證明它們在神經(jīng)元存活、軸突重新延伸、突觸重新形成和髓鞘再生過(guò)程中與其他細胞的確切相互作用可能有助于研究人員優(yōu)化基于間充質(zhì)干細胞的療法的效果。間充質(zhì)干細胞的最佳條件培養、輸送途徑和時(shí)機可能是提高治療效果的有前途的策略。

總之，研究中樞神經(jīng)系統中的間充質(zhì)干細胞可以深入了解中樞神經(jīng)系統再生和修復的確切機制，有助于優(yōu)化基于細胞的治療。

參考資料：[1]:Li M, Chen H, Zhu M. Mesenchymal stem cells for regenerative medicine in central nervous system. Front Neurosci. 2022 Dec 13;16:1068114. doi: 10.3389/fnins.2022.1068114. PMID: 36583105; PMCID: PMC9793714.

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