腦卒中是全球僅次于缺血性心臟病的第二大死因。缺血性腦卒中(ischemic stroke,IS)占所有腦卒中患者的87%，且其發(fā)病率仍在上升。由于局灶性腦缺血引起的急性神經(jīng)功能缺損，給大量患者帶來(lái)了不同程度的殘疾負擔。

目前，缺血性中風(fēng)的治療方案很少。靜脈注射組織纖溶酶原激活劑（t-PA）可以使阻塞的血管再通。然而，這種治療受到時(shí)間窗短（≤4.5小時(shí)）和繼發(fā)性腦出血風(fēng)險的限制。機械取栓（MT）可將治療時(shí)間窗延長(cháng)至24小時(shí)，但這種特殊手術(shù)只能在少數有資質(zhì)的醫院進(jìn)行，需要經(jīng)過(guò)嚴格的適應癥和禁忌癥篩選；只有少數患者可以接受MT治療。此外，康復治療只能帶來(lái)有限的功能改善；仍有大量永久性殘疾患者。因此，開(kāi)發(fā)一種新的治療缺血性腦卒中的藥物勢在必行。

間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中之前應該了解哪些問(wèn)題

近20年來(lái)，干細胞療法在不同的中樞神經(jīng)系統疾?。ㄈ缱陨砻庖咝阅X脊髓炎、脊髓損傷和腦卒中）中得到廣泛研究。干細胞有多種類(lèi)型，包括胚胎干細胞、神經(jīng)干細胞、造血干細胞和間充質(zhì)干細胞。

近年來(lái)，大量研究證明應用間充質(zhì)干細胞可以減少腦梗死缺血后的面積，促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復。間充質(zhì)干細胞在IS中的治療機制尚未完全明了，這可能與其神經(jīng)元替代、神經(jīng)發(fā)生、血管生成和抗炎作用有關(guān)。間充質(zhì)干細胞產(chǎn)生的細胞外囊泡 (EV) 也可能在這一過(guò)程中發(fā)揮重要作用。大量的臨床前研究證明了它的安全性。

本文旨在綜述間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中的進(jìn)展。間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中的機制涉及免疫調節、神經(jīng)保護、血管生成和神經(jīng)回路重建等。

此外，營(yíng)養細胞因子、線(xiàn)粒體和細胞外囊泡（EVs）可能是間充質(zhì)干細胞治療作用的主要介質(zhì)。與單獨移植 MSCs相比，移植間充質(zhì)干細胞衍生的EVs (MSCs-EVs) 可提供更好的抗IS神經(jīng)保護作用。間充質(zhì)干細胞治療可延長(cháng)缺血性腦卒中的治療時(shí)間窗，腦卒中后7天內早期給藥可能是最佳治療時(shí)機。遞送常規包括腦室內、血管內、鼻內和腹膜內。這些數據支持了間充質(zhì)干細胞治療可能是一種有前途的IS治療策略的觀(guān)點(diǎn)。而新技術(shù)的應用將促進(jìn)IS的間充質(zhì)干細胞治療。

間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中的機制

免疫調節：干細胞可通過(guò)與先天性和適應性的免疫細胞相互作用，同時(shí)調節系統免疫反應，幫助修復受損腦組織。它還能降低外周免疫抑制，減弱炎癥反應，降低全身感染的發(fā)生率，并可能形成先天免疫類(lèi)記憶反應，從而對急性炎癥提供長(cháng)期的持續保護。 

神經(jīng)保護：研究發(fā)現間充質(zhì)干細胞移植后，MSCs直接釋放或增加內源性神經(jīng)營(yíng)養因子的釋放，如腦源性神經(jīng)營(yíng)養因子（BDNF）、神經(jīng)生長(cháng)因子（NGF）、神經(jīng)膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營(yíng)養因子（GDNF ）和堿性成纖維細胞生長(cháng)因子 (bFGF) 以達到神經(jīng)保護作用。

血管生成：干細胞可通過(guò)分泌促血管生成因子（包括直接（VEGF、bFGF、HGF、Ang-1）和間接（TGF-β、IL-3、IL-6、IL-8）促血管生成因子），分化為內皮細胞或血管平滑肌細胞，并作為血管周細胞參與側支重構。

神經(jīng)回路重建：體內外研究均表明，干細胞可分化為內、中、外胚層系細胞，包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、內皮細胞和血管平滑肌細胞等。這些成熟的細胞能夠融合并替代受損細胞、構成神經(jīng)血管單元，維持中樞神經(jīng)系統微環(huán)境的穩態(tài)，并最終減少腦卒中后的神經(jīng)功能缺陷。 

線(xiàn)粒體轉移：將健康的線(xiàn)粒體轉移到受損細胞可能是間充質(zhì)干細胞治療缺血性中風(fēng)的機制之一。

細胞外囊泡：間充質(zhì)干細胞衍生的EVs（MSC-EVs）是由間充質(zhì)干細胞分泌的球形細胞質(zhì)成分，其中含有大量可溶性生物活性成分，如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、mRNA和微小RNA。它通過(guò)與靶細胞結合，將上述細胞成分和遺傳基因轉移到靶細胞中，從而調節靶細胞的活性和功能。作為 MSC 和受損細胞之間的關(guān)鍵信使，MSC-EV在MSC治療IS中發(fā)揮著(zhù)重要作用。

綜上所述，免疫調節、神經(jīng)保護、血管生成和神經(jīng)回路重建可能是間充質(zhì)干細胞治療IS的主要機制，而營(yíng)養細胞因子的分泌、線(xiàn)粒體的轉移和細胞外囊泡的轉移可能是其治療IS的主要途徑。 MSCs作用 (圖1)。

該如何選擇什么類(lèi)似的間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中？

骨髓是第一個(gè)分離出MSC的組織。然而，骨髓中MSCs的產(chǎn)量很低。骨髓間充質(zhì)干細胞（Bone marrow-derived MSCs，BM-MSCs）的增殖和分化潛能隨年齡增長(cháng)而下降，需要侵入性骨髓穿刺獲得，這使得骨髓可能不是MSCs的最佳來(lái)源。此外，還從其他組織中分離出骨髓、MSCs，包括脂肪組織、胎盤(pán)、臍帶和牙髓。

成人脂肪組織中存在大量功能性間充質(zhì)干細胞。脂肪來(lái)源的 MSCs (AD-MSCs) 可以通過(guò)脂肪組織的膠原酶消化獲得。與BM-MCS相比，AD-MSCs更容易獲得和培養足夠的自體移植物。人同種異體AD-MSC的免疫原性低于同種異體BM-MCS，而自體AD-MSC的免疫原性較低。由于其相當大的臨床轉化潛力，AD-MSCs 是除BM-MSCs之外IS中研究最多的MSCs。

研究表明，靜脈注射AD-MSCs與注射BM-MSCs具有相同的療效，AD-MSCs在減少梗死面積和改善神經(jīng)功能方面更具優(yōu)勢。許多其他動(dòng)物實(shí)驗也證明，IS后AD-MSC移植具有免疫調節作用、神經(jīng)保護作用、血管生成作用、神經(jīng)回路重建作用。

牙髓提供了一種可獲得的、無(wú)創(chuàng )的、高增殖潛力的間充質(zhì)干細胞來(lái)源。研究表明，牙周膜干細胞 (PDLSCs) 比 DP-MSCs 更能促進(jìn)腦缺血后神經(jīng)功能的恢復。值得注意的是，最近的一項研究表明，人類(lèi) DP-MSCs 在體外分化為神經(jīng)元后具有產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力。它們是否可以在 IS 動(dòng)物模型中轉化為功能性神經(jīng)元仍有待探索。

從臍帶血管周?chē)M織和沃頓膠質(zhì)（臍帶血管周?chē)恼骋航Y締物質(zhì)）中提取臍帶來(lái)源的間充質(zhì)干細胞 (UC-MSC)。與胎盤(pán)一樣，臍帶作為產(chǎn)后廢物很容易獲得，不存在倫理問(wèn)題。多項研究比較了臍帶來(lái)源的MSC、牙髓、骨髓和脂肪組織，發(fā)現臍帶來(lái)源的MSC具有更強的增殖活性。研究表明，UC-MSCs和胎盤(pán)來(lái)源的MSCs（PL-MSCs）可以減輕大鼠腦缺血后的神經(jīng)功能缺損，其潛在機制與上述相似。

除了BM-MSCs，來(lái)自脂肪、牙髓、臍帶和胎盤(pán)的MSCs因其易于獲得和強大的擴展能力而成為最有希望用于臨床治療的MSCs類(lèi)型。未來(lái)的研究還需要闡明不同來(lái)源的MSCs作用機制的一致性和差異性，以及哪種MSCs在IS中獲得最大療效和最小不良反應，從而確定最適合臨床應用的MSCs來(lái)源。

自體還是同種異體干細胞移植治療缺血性腦卒中好？

雖然自體MSCs是最安全的，但同種異體MSCs更有優(yōu)勢。

首先，自體MSCs需要較長(cháng)的培養和擴增時(shí)間，限制了其在IS急性期的應用，而異體MSCs可以更快地從冰箱中獲得和擴增，從而避免了時(shí)間窗的延遲。

其次，IS患者通常服用抗血小板或抗凝藥物，應用自體MSCs可能導致繼發(fā)性出血。來(lái)自健康捐贈者的同種異體間充質(zhì)干細胞沒(méi)有這樣的擔憂(yōu)。

第三，年齡是影響MSCs生理特性的因素。研究表明，老年供體的 MSCs 增殖和分化能力下降，分泌 BDNF、VEGF 和胰島素樣生長(cháng)因子 (IGF) 等營(yíng)養物質(zhì)的能力也受到影響。因為IS患者通常年齡較大，因此從年輕健康供體獲得的同種異體 MSCs 可能更有效。

間充質(zhì)干細胞移植治療缺血性腦卒中的移植途徑有哪些？

實(shí)質(zhì)內遞送

腦內移植可有效治療實(shí)驗性缺血性中風(fēng)。將MSCs直接注入腦實(shí)質(zhì)，可使病灶區的MSCs數量最多，腦外副作用較少，可能帶來(lái)最好的神經(jīng)功能改善。對46篇文章的薈萃分析表明，不同的給藥途徑會(huì )影響MSCs治療IS的療效。腦內給藥效果最好，其次是動(dòng)脈內給藥，最后是靜脈內給藥。

腦室內/鞘內給藥

腦室內或鞘內注射 MSCs 可通過(guò)腦脊液擴散至中樞神經(jīng)系統的各個(gè)部位。林等將MSCs注射到IS大鼠腰椎脊髓鞘內發(fā)現，與靜脈注射相比，鞘內注射 MSCs 能有效遷移至梗死區，并能分化成神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞，促進(jìn)腦梗死大鼠運動(dòng)功能的改善。

靜脈給藥

靜脈注射的優(yōu)點(diǎn)是避免了顱內侵犯，創(chuàng )傷小，操作簡(jiǎn)單易行。許多MSCs治療IS的臨床前試驗均采用靜脈注射的方式取得了良好的效果，包括減少梗死體積和改善神經(jīng)功能等。

動(dòng)脈內分娩

動(dòng)脈內注射是血管內給藥的另一種方法；大多數研究采用頸內動(dòng)脈注射。動(dòng)脈內注射既保留了微創(chuàng )血管內給藥的優(yōu)點(diǎn)，又可以繞過(guò)肺循環(huán)，提高病灶內MSCs的濃度。臨床試驗已經(jīng)證明動(dòng)脈內注射MSCs治療IS患者的有效性和安全性，因此動(dòng)脈內注射可能是另一種合適的血管內途徑。

腹腔分娩

腹腔注射是一種較少使用的MSC管理方式。這種給藥方式會(huì )導致大量的MSCs聚集在腹腔內，而遷移到其他器官的MSCs數量很少。

鼻內給藥

鼻內途徑是一種新的干細胞移植途徑。經(jīng)鼻移植的MSCs可以繞過(guò)鼻粘膜處的血腦屏障，然后通過(guò)嗅覺(jué)感覺(jué)神經(jīng)進(jìn)入大腦或通過(guò)腦脊液進(jìn)一步轉移到顱內其他區域。洲等人報道經(jīng)鼻給藥的MSCs在分娩后6小時(shí)到達梗死周?chē)鷧^域，經(jīng)鼻移植的MSCs可以縮小梗死體積，促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復。

綜上所述，目前MSCs治療IS的研究中，腦實(shí)質(zhì)內給藥、靜脈內給藥和動(dòng)脈內給藥是應用最為廣泛的三種方式，不同的給藥方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。表格1)。血管內注射可能是MSC給藥的合適途徑。鼻腔給藥作為一種新的干細胞移植方式，具有巨大的臨床應用潛力。未來(lái)的研究需要評估和比較不同給藥方式的安全性和有效性，以選擇最合適的給藥方式。

表格1：不同MSC移植方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

航線(xiàn)	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)	參考
實(shí)質(zhì)內	最高歸巢率；低腦外副作用	侵襲性強；額外的腦組織損傷	[27 , 124]
腦室內/鞘內	允許遷移到 CNS 的不同部分；高歸巢率	侵入性	[126]
靜脈	低侵入性；操作簡(jiǎn)單	外周組織停滯；肺栓塞	[128 , 129]
動(dòng)脈內	低侵入性；相當大的歸巢率	微血管閉塞	[130 , 132]
腹膜內	低侵入性；高存活率	歸巢率低	[116 , 134]
鼻內	無(wú)創(chuàng )性；操作簡(jiǎn)單；重復給藥	缺乏臨床試驗證據	[136–138]

間充質(zhì)干細胞移植治療缺血性腦卒中的移植時(shí)機

由于不同研究的給藥方式、劑量、神經(jīng)功能評價(jià)等不同，無(wú)法客觀(guān)得出最佳給藥時(shí)間。一項涉及141篇文章的薈萃分析將這些研究的給藥時(shí)間分為四組：0-6小時(shí)、12-24小時(shí)、2-7天和>7天。結果發(fā)現，與12-24小時(shí)組和>7天組相比，2-7天組的綜合神經(jīng)功能評分明顯改善。

此外，0-6小時(shí)和2-7天之間沒(méi)有顯著(zhù)差異，這表明IS后0-6小時(shí)和2-7天可能是給藥的最佳時(shí)間。一方面，IS后早期，局部腦組織缺氧缺能，炎癥反應強烈，導致MSCs存活率低。因此，IS后2-7天給藥可能會(huì )增加MSCs的存活率，使MSCs發(fā)揮更大的作用。

另一方面，0-6小時(shí)給予MSCs誘導的神經(jīng)功能顯著(zhù)改善可能與及時(shí)搶救缺血半暗帶神經(jīng)元、早期干預炎癥細胞、激活炎癥級聯(lián)反應有關(guān)。此外，該研究還發(fā)現，與其他組相比，0-6 小時(shí)給藥導致感覺(jué)運動(dòng)結果的最顯著(zhù)改善。因此，腦卒中后7天內及早給藥可能是治療的最佳時(shí)機。

間充質(zhì)干細胞移植治療缺血性腦卒中的細胞劑量越多越好越好嗎？

MSC的劑量越大，獲益越大嗎？

林等在小鼠MCAO后24小時(shí)靜脈內注射1×10⁶和4×10⁶人UC-MSCs，發(fā)現高劑量的人UC-MSCs不會(huì )導致更顯著(zhù)的梗塞面積減少。作者認為，這可能是由于靜脈注射大劑量的MSCs 后，大部分MSCs殘留在外周組織中，使得最終到達中樞神經(jīng)系統的MSCs數量沒(méi)有預期的多。

間充質(zhì)干細胞移植治療缺血性腦卒中的臨床試驗

大量臨床前數據證明了MSCs治療IS的可行性，干細胞治療的臨床應用也值得期待。多項臨床試驗證明了MSCs治療IS的有效性和安全性。最早的臨床試驗僅包括30名受試者，其中5名受試者在急性中風(fēng)后5-7周接受了1×10⁸個(gè)MSCs^。在1年的觀(guān)察期內，這5名患者均未報告不良事件。且這5例患者的巴塞爾指數 (BI) 均有明顯改善，提示神經(jīng)功能有一定改善。

李等招募了85名嚴重缺血性腦卒中患者。在5年隨訪(fǎng)期間，MSC治療組累積生存率更高，改良Rankin量表（mRS）評分較低（0-3）的患者更多，且無(wú)不良反應。

此外，Jaillard等人進(jìn)行的一項隨機對照試驗。研究表明，盡管靜脈注射自體間充質(zhì)干細胞并未改善BI、mRS和2年后美國國立衛生研究院卒中量表 (NIHSS)，但促進(jìn)了運動(dòng)功能評分的改善。

近年來(lái)，越來(lái)越多不同的臨床試驗顯示出多元化臨床轉化的可能性。Levy等人進(jìn)行的I/II期臨床試驗。首次證明單次靜脈注射同種異體BM-MSC是安全有效的。隨訪(fǎng)期間出現的15種嚴重不良反應均與干細胞治療無(wú)關(guān)。此外，在第2階段靜脈注射150萬(wàn)個(gè)細胞/千克同種異體MSC顯示BI評分和NIHSS評分有顯著(zhù)改善。

鄧等進(jìn)行了II期臨床試驗，首次評估鞘內輸注同種異體BM-MSCs治療IS的安全性和有效性。59名受試者每周接受四次同種異體BM-MSC鞘內輸注（1×10⁶細胞/公斤體重），主要是評估治療90天后的mRS評分和不良事件的發(fā)生情況。該項目仍在進(jìn)行中。一些文獻也報道了修飾的MSCs治療IS的臨床試驗。

斯坦伯格等人將轉染Notch-1基因的BM-MSCsSB623細胞移植到18例慢性中風(fēng)患者腦內；結果顯示，經(jīng)過(guò)24個(gè)月的治療后，歐洲卒中量表 (ESS) 評分、NIHSS評分、Fugl-Meyer (FM) 總分和FM運動(dòng)量表評分顯著(zhù)改善。有一張間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中患者的臨床試驗表（表3)。

Type of trial	Stroke type	Sample sizes	Cell type	Dose/single (S) or multiple (M)	Route	Time of adm. from stroke onset	Follow-up	Result	Reference
RCT	Acute IS	30	BM-MSCs/autologous	5 × 107/M	IV	4-5 weeks 7-9 weeks	1 year	Significant improvement in BI. No significant difference in NIHSS and MRI scan	[200]
RCT	Acute IS	85	BM-MSCs/autologous	5 × 107/M	IV	5 weeks 7 weeks	5 years	No significant side effects. Patients with mRS 0–3 significant increased	[201]
OL-PT	Chronic IS	12	BM-MSCs/autologous	0.6–1.6 × 108/S	IV	36–133 days	1 year	No side effects. Decreasing of infarct volume by>20% at 1 week	[210]
OL-PT	Subacute IS	11	BM-MSCs/autologous	85 × 106/S	IV	7–30 days	6 months	No side effects. Improvement in NIHSS, BI, and mRS	[211]
SB-CT	Acute IS	20	BM-MNCs/autologous	1.59 × 108/S	IA	5–9 days	180 days	No side effects. No significant differences in neurological function	[212]
OL-PT	Chronic IS	36	BM-MSCs/allogeneic	1.5 × 106/S	IV	>60 days	12 months	No side effects. Significant improvement in BI and NIHSS	[213]
OL-PT	Chronic IS	18	SB623 cells/allogeneic	2.5 × 106/S 5.0 × 106/S 10 × 106/S	IC	>60 days	24 months	All experienced at least 1 treatment-emergent adverse event. Significant improvements in NIHSS F-M and ESS	[205]
RCT	Subacute IS	31	BM-MNCs/autologous	1.0 × 106/S 3.0 × 106/S	IV	<2 weeks	2 years	No significant improvements in NIHSS, BI, and mRs. Significant improvements in motor function	[202]
OL-PT	Chronic IS	12	BM-MNCs/autologous	Not provided	IV	3-24 months	4 years	No side effects. Significant improvements in mBI at 156 and 208 weeks	[214]

討論

免疫調節、神經(jīng)保護、血管生成和神經(jīng)回路重建是間充質(zhì)干細胞治療IS的主要機制。除旁分泌外，線(xiàn)粒體轉移或細胞外囊泡轉移也可能是MSCs發(fā)揮作用的主要途徑，MSC-EVs可能是MSCs治療IS的有效替代策略。

間充質(zhì)干細胞治療延長(cháng)了治療缺血性腦卒中的時(shí)間窗，腦卒中后7天內早期給藥可能是治療的最佳時(shí)機。雖然應用血管內注射MSCs可能是IS的適當治療方法，但可能需要更多的努力來(lái)確定潛在的不良反應。通過(guò)鼻內途徑遞送MSCs也可能是一種很有前途的MSCs移植方式。

此外，需要研究用MSCs治療的最佳劑量。此外，有許多不同的治療策略可以?xún)?yōu)化MSCs的療效；研究人員應該在這方面開(kāi)展臨床試驗，以期在未來(lái)實(shí)現更好的臨床轉化。

未來(lái)發(fā)展方向

間充質(zhì)干細胞干預腦卒中逐漸被國家重視

近幾年來(lái)，國內外相繼發(fā)表的研究成果不斷肯定了間充質(zhì)干細胞在干預腦卒中領(lǐng)域的潛力。間充質(zhì)干細胞用于缺血性腦卒中也吸引了大量的研究學(xué)者。僅僅在中國知網(wǎng)數據庫中粗略的檢索就能檢索到191項關(guān)于間充質(zhì)干細胞用于缺血性腦卒中的研究，而這些研究也只是眾多數據庫中的冰山一角。

在國家層面，也已將干細胞干預腦卒中項目納入了“干細胞及轉化研究”重點(diǎn)專(zhuān)項計劃，并獲得了由國家財政經(jīng)費撥款的大力支持。同時(shí)，由國家藥品監督管理局藥品審批中心數據顯示，其中用于缺血性腦卒中的間充質(zhì)干細胞新藥已經(jīng)獲得了臨床試驗默示許可（受理號：JXSL1900126）。

結論

綜上所述，間充質(zhì)干細胞移植為缺血性腦卒中的治療提供了希望。進(jìn)一步研究其作用機制，優(yōu)化其治療策略，將為間充質(zhì)干細胞治療的臨床轉化打下堅實(shí)的基礎。

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