細胞療法對中風(fēng)后腦修復大有裨益。雖然越來(lái)越多的證據證實(shí)了細胞療法的臨床前和臨床益處，但它們促進(jìn)腦修復的潛在機制仍不清楚。

近日，牛津學(xué)術(shù)子刊《Brain》發(fā)表了一篇“干細胞治療中風(fēng)后的腦修復機制”的文章，在這里，簡(jiǎn)要回顧了缺血性中風(fēng)后腦修復的內源性機制，然后重點(diǎn)介紹不同的干細胞和祖細胞來(lái)源如何促進(jìn)腦修復。

中風(fēng)簡(jiǎn)介：中風(fēng)仍然是導致殘疾和死亡的主要原因，25歲以上的人群中每4人中就有1人患有中風(fēng)。大約87%的中風(fēng)是缺血性中風(fēng)，即供應大腦的血管被阻塞。超過(guò)一半的中風(fēng)幸存者會(huì )出現不同程度的損傷，影響他們的軀體感覺(jué)功能、運動(dòng)、言語(yǔ)和/或認知功能，因此存在未得到滿(mǎn)足的醫療需求。因此，開(kāi)發(fā)超越傳統治療范圍的新型再生療法至關(guān)重要。

確認干細胞治療中風(fēng)后的大腦修復機制，以推動(dòng)干細胞治療中風(fēng)進(jìn)入臨床至關(guān)重要！

01臨床批準的中風(fēng)治療的現狀

美國食品藥品管理局 (FDA) 批準的唯一中風(fēng)治療方法是重新建立閉塞血管的灌注，以恢復正常的腦血流水平。要實(shí)現再通，有兩種不同的策略：

(i) 通過(guò)血管內血栓切除術(shù)進(jìn)行機械血凝塊取回；

(ii) 使用組織型纖溶酶原激活劑 (t-PA) 進(jìn)行藥物血栓溶解。盡管這些方法在臨床試驗中取得了巨大成功，但由于中風(fēng)發(fā)作后4.5小時(shí)的治療窗口很窄，只有一小部分中風(fēng)患者從中受益。這使得相當一部分未經(jīng)治療的中風(fēng)患者無(wú)法接受促進(jìn)修復和康復的藥物治療。

在慢性期，中風(fēng)治療涉及長(cháng)期神經(jīng)康復，以防止進(jìn)一步出現并發(fā)癥，例如肢體逐漸僵硬，并刺激神經(jīng)可塑性。盡管中風(fēng)患者護理取得了進(jìn)展，但康復仍不足以誘導完全的功能恢復。迄今為止，尚無(wú)臨床試驗成功緩解中風(fēng)幸存者的神經(jīng)損傷。

如今，開(kāi)發(fā)促進(jìn)中風(fēng)后腦修復和功能恢復的新療法至關(guān)重要。在目前正在開(kāi)發(fā)的所有治療策略中，細胞療法在臨床前模型中顯示出增強腦修復的前景。移植細胞的關(guān)鍵優(yōu)勢在于它們能夠激活中風(fēng)后的多種內源性修復過(guò)程。干細胞療法對治療中樞神經(jīng)系統多種疾?。òㄖ酗L(fēng)）有著(zhù)巨大的前景。

本文總結了干細胞療法在缺血性中風(fēng)后長(cháng)期治療方面的最新進(jìn)展，以及我們目前對腦修復機制的理解，通過(guò)這些機制，細胞移植可以增強中風(fēng)后的腦再生和功能恢復。本綜述的總體重點(diǎn)是評估基于細胞的療法在中風(fēng)康復方面的治療潛力，并為未來(lái)的研究方向提供建議。

02中風(fēng)后的病理生理學(xué)和大腦修復

缺血性腦卒中是指腦動(dòng)脈血流中斷。發(fā)生大血管閉塞的患者平均失去1.2億個(gè)神經(jīng)元、8300億個(gè)突觸和714千米的髓鞘纖維，大腦每小時(shí)衰老3.6年。除神經(jīng)損傷外，中風(fēng)還會(huì )引起局部和全身的大規模炎癥反應以及BBB成分的嚴重損壞。隨后是神經(jīng)可塑性階段，該階段會(huì )激活內源性修復和組織重塑機制，試圖使受損組織再生并恢復喪失的功能。

中風(fēng)的病理生理學(xué)：缺血性中風(fēng)通常發(fā)生在腦動(dòng)脈阻塞時(shí)，導致受影響腦區的氧氣和營(yíng)養物質(zhì)減少。這些區域可分為：中風(fēng)核心區，腦血流量嚴重減少且細胞壞死不可逆（<10ml/100g/min）；半暗影區，損傷可逆（17-10ml/100g/min）；正常完整組織（>17ml/100g/min）。中風(fēng)組織損傷包括細胞壞死和凋亡、血腦屏障損傷、駐留小膠質(zhì)細胞激活和外周免疫細胞浸潤。

中風(fēng)后的內源性恢復

中風(fēng)后的神經(jīng)可塑性也稱(chēng)為神經(jīng)可塑性，可定義為大腦在受傷后重新連接和重組其神經(jīng)回路的能力，以試圖適應與組織和功能喪失相關(guān)的結構、代謝和細胞變化?？伤苄园ìF有神經(jīng)元、軸突、突觸和神經(jīng)元連接的新生和改變，在中風(fēng)后持續數月，主要發(fā)生在梗死周?chē)鷧^域。

在這一階段，轉錄特征表明，在中風(fēng)的實(shí)驗性嚙齒動(dòng)物模型中，涉及軸突生長(cháng)、血管發(fā)育、樹(shù)突萌發(fā)、突觸形成、粘附分子和細胞骨架重排的基因和信號通路上調。

中風(fēng)后的神經(jīng)可塑性

研究表明，新神經(jīng)元的形成，即神經(jīng)發(fā)生，也可能有助于中風(fēng)后的神經(jīng)可塑性和修復。早期的實(shí)驗數據表明，腦室下區的NPCs可以增殖、向病變部位遷移并分化為成熟的神經(jīng)元。

此外，實(shí)驗性中風(fēng)可激活缺血區內和周?chē)腘PCs，其范圍超出室下區和齒狀回等傳統神經(jīng)源區。大量證據表明，實(shí)驗性神經(jīng)發(fā)生的增強與康復的改善有關(guān)，而抑制神經(jīng)發(fā)生則與康復受損有關(guān)。

其他各種細胞類(lèi)型，包括免疫細胞和血管細胞，在損傷后刺激神經(jīng)發(fā)生和可塑性方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。實(shí)驗研究表明，血管內皮細胞能夠釋放生長(cháng)因子，刺激梗死周?chē)鷧^域的血管生長(cháng)和重塑，這反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了NSC的增殖和向病變部位的遷移，同時(shí)引導它們浸潤梗死周?chē)鷧^域以刺激神經(jīng)元的可塑性。反過(guò)來(lái)，NPC通過(guò)分泌血管內皮生長(cháng)因子增加血管生成，表明血管和神經(jīng)元重塑之間存在雙向關(guān)系。

其他對可塑性重要的細胞類(lèi)型是周細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞。例如，作為神經(jīng)血管單元的一部分，周細胞已被證明可調節中風(fēng)后的血管生成、CBF和BBB修復，而它們的缺失會(huì )導致神經(jīng)血管解偶聯(lián)。

星形膠質(zhì)細胞不僅具有消除神經(jīng)遞質(zhì)和其他與興奮性毒性相關(guān)的分子的能力，而且在神經(jīng)血管耦合和通過(guò)促進(jìn)新的功能性突觸的形成來(lái)增強突觸形成方面也發(fā)揮著(zhù)重要作用。少突膠質(zhì)細胞祖細胞分化為成熟的少突膠質(zhì)細胞，促進(jìn)軸突髓鞘再生并改善白質(zhì)完整性，而小膠質(zhì)細胞已被證明可以減少炎癥并釋放營(yíng)養因子（如BDNF），從而促進(jìn)突觸形成。

血管形成和血腦屏障的修復

在中風(fēng)后的亞急性階段，血管系統和BBB的相關(guān)成分以及血管周?chē)鶨CM在肢體周?chē)l(fā)生廣泛的重塑。在這一被稱(chēng)為中風(fēng)后血管生成的現象中，新血管形成，周細胞被招募到血管壁，緊密連接重新建立，從而部分恢復了BBB的完整性。越來(lái)越多的證據表明，腦卒中后血管生成的效率與年齡有關(guān)，因為患者和嚙齒動(dòng)物隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，腦血管的EC增殖和重塑會(huì )減弱。

動(dòng)物研究表明，卒中后所有主要血管生成相關(guān)信號因子轉錄上調，如Vegfa、Vegfr2、Tie2、Angpt2、Pdgf、Cxcl1和Pecam1。VEGF的分泌及其受體VEGFR2的激活是中風(fēng)后血管生成所必需的。研究表明，病變周?chē)苌L(cháng)增加與實(shí)驗和人類(lèi)中風(fēng)的功能恢復有關(guān)。

腦動(dòng)脈和毛細血管由平滑肌細胞和周細胞支撐，它們通過(guò)與EC的細胞串擾在BBB通透性和完整性中發(fā)揮重要作用。在卒中后血管生成過(guò)程中，EC分泌的PDGFB與周細胞表面的受體PDGFRB結合，而周細胞分泌的Angpt1與EC表面的受體Tie2結合。研究表明，病變周?chē)鼙诘闹芗毎采w率增強可改善BBB完整性，有助于組織修復和功能恢復。

03從臨床試驗中發(fā)現：中風(fēng)臨床細胞療法的療效與挑戰

細胞療法已成為一種有前途的中風(fēng)治療策略，并在二十年前進(jìn)入臨床試驗。最初，永生化神經(jīng)細胞系、胎兒細胞來(lái)源和成人MSCs被用作細胞來(lái)源（圖2）。

細胞移植可來(lái)自胚胎/胎兒階段或成年人。成體干細胞包括間充質(zhì)干細胞 (MSC) 或來(lái)自外周血的分化細胞，這些細胞被重新編程以產(chǎn)生誘導性多能干細胞 (iPSC)。胚胎干細胞 (ESC) 和iPSC均可分化為神經(jīng)或富含神經(jīng)膠質(zhì)細胞的干細胞，以產(chǎn)生神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞或星形膠質(zhì)細胞。周細胞樣細胞可通過(guò)神經(jīng)嵴細胞中間體從iPSC產(chǎn)生。

中風(fēng)的細胞療法通常被認為是安全的，大量來(lái)自臨床前和更大規模的2期和3期臨床試驗的證據報告稱(chēng)，只有零星的不良事件，而且通常具有良好的安全性（表1）。關(guān)于中風(fēng)細胞療法的臨床療效和安全性的綜合評論和薈萃分析已在其他地方討論過(guò)。

在過(guò)去5年中，有限數量的小型研究表明，與中風(fēng)后急性/亞急性和慢性期的對照組中風(fēng)患者相比，通過(guò)靜脈或動(dòng)脈內施用MSCs可顯著(zhù)改善國立衛生研究院中風(fēng)量表 (NHSS)、改良Rankin量表 (mRS) 和/或Barthel指數 (BI)。

一項更廣泛的3期隨機對照試驗STARTING-2僅部分證實(shí)了MSCs的療效，該試驗招募了60名中風(fēng)患者。通過(guò)神經(jīng)影像學(xué)評估，靜脈內應用MSCs可減少皮質(zhì)脊髓束變性并增強神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )連接，同時(shí)根據Fugl-Meyer評估改善下肢運動(dòng)功能。然而，STARTING-2的主要結果（以90天后的mRS測量）顯示，兩組之間沒(méi)有顯著(zhù)差異。

除了MSCs，基因改造的神經(jīng)干細胞系CTX0E03也已通過(guò)PISCES系列試驗在慢性卒中患者身上進(jìn)行了測試。PISCES-I和PISCES-II均涉及通過(guò)立體定向注射向慢性卒中患者施用CTX0E03細胞。

規模更大的PISCES-II試驗是一項2a期多中心試驗，向23名患者施用了2000萬(wàn)個(gè)細胞，結果患者上肢功能在3、6和12個(gè)月的間隔內得到改善。

到目前為止，臨床試驗的結果好壞參半。這表明，更全面地了解潛在機制可以改進(jìn)細胞療法的各個(gè)方面。

中風(fēng)細胞療法有兩種普遍有益的機制。

• 第一種機制是直接細胞置換，使移植細胞分化為成熟的神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細胞，并在功能上整合到受損宿主的腦回路中。根據細胞來(lái)源，移植物歸巢可以直接有助于恢復受損區域的腦功能、BBB完整性或CBF。
• 其次，移植細胞可能通過(guò)間接方式做出貢獻，例如通過(guò)支持性釋放促再生因子來(lái)增強或延長(cháng)內源性再生程序，最終導致康復改善。

04干細胞治療中風(fēng)的機制見(jiàn)解

中風(fēng)后細胞替代：替代受損的神經(jīng)細胞干細胞具有自我更新和多向分化的潛能，可以分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞等神經(jīng)細胞，從而替代受損或死亡的神經(jīng)細胞，重建神經(jīng)回路，恢復神經(jīng)功能。

細胞療法的間接有益作用：盡管細胞整合到宿主組織中是可能的，但大多數針對中風(fēng)的細胞移植研究發(fā)現，對修復和恢復的有益作用是通過(guò)間接機制刺激的，包括免疫調節、刺激血管和神經(jīng)生長(cháng)的促再生因子的釋放以及梗塞周?chē)M織的ECM重塑，所有這些都激活了大腦的內源性修復機制，促進(jìn)中風(fēng)后的修復和恢復（圖3）。

細胞療法的間接作用包括通過(guò)在梗塞周?chē)鷧^域釋放促血管生成因子來(lái)改善血管修復和成熟。免疫調節和增強的抗炎特征可減少繼發(fā)性損傷并減少神經(jīng)膠質(zhì)疤痕形成。細胞移植釋放的神經(jīng)營(yíng)養因子也會(huì )增加受損區域的軸突形成和突觸形成。

免疫調節：中風(fēng)后，腦部會(huì )發(fā)生炎癥反應，導致神經(jīng)細胞的進(jìn)一步損傷。干細胞具有免疫調節作用，可以抑制炎癥細胞的活化和浸潤，減輕炎癥反應，保護神經(jīng)細胞。

血管修復和重塑：近年來(lái)，來(lái)自臨床前和人體研究的大量證據表明，中風(fēng)后血管生成在激活內源性修復機制和損傷后功能恢復中起著(zhù)重要作用，而血管生成抑制與修復和恢復的延遲或惡化有系統性聯(lián)系。

一旦被輸送到受傷的大腦中，移植的干細胞（包括MSCs和NSCs ）就會(huì )產(chǎn)生促血管生成因子，如VEGF、ANG1、FGF2、PDGFA和HIF-1a，導致梗死周?chē)M織的血管密度增加和血管生成受體的表達。

神經(jīng)膠質(zhì)細胞和神經(jīng)膠質(zhì)疤痕形成：膠質(zhì)瘢痕形成損傷部位軸突浸潤的主要物理屏障，并限制再生過(guò)程。膠質(zhì)瘢痕形成減少與卒中恢復改善和卒中后細胞治療的有益效果相關(guān)。

神經(jīng)膠質(zhì)細胞可進(jìn)一步促進(jìn)少突膠質(zhì)細胞祖細胞 (OPC) 增殖和分化為髓鞘少突膠質(zhì)細胞。一種潛在機制是通過(guò)星形膠質(zhì)細胞釋放TIMP-1并調節周?chē)腅CM。在皮層下白質(zhì)卒中模型中，移植的神經(jīng)膠質(zhì)祖細胞促進(jìn)了內源性OPC增殖和軸突發(fā)芽，從而改善了運動(dòng)和認知恢復。

神經(jīng)修復：細胞治療后，神經(jīng)回路可通過(guò)多種機制間接修復。移植的MSC和NSC已被證實(shí)可誘導內源性神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)膠質(zhì)生成。

移植干細胞與中風(fēng)腦組織之間的分子串擾：轉錄組學(xué)技術(shù)的進(jìn)步現在使我們能夠識別移植細胞與中風(fēng)損傷宿主組織之間的分子相互作用。最近的一項研究表明，移植iPSC衍生的NSC 可促進(jìn)腦缺血后的長(cháng)期功能恢復。

05結論

干細胞療法仍然是一種很有前途的中風(fēng)再生策略。干細胞移植的多模態(tài)效應具有改善中風(fēng)患者長(cháng)期康復的巨大潛力。盡管具有這種潛力，但現有臨床試驗的不同結果凸顯了更全面的機制理解的重要性。

其他臨床前研究表明，細胞移植的基因工程可以改善當前的臨床挑戰，例如免疫相容性、移植物輸送和細胞療法的安全性。對潛在治療機制的不斷了解也將有助于確定理想的細胞來(lái)源并為中風(fēng)患者量身定制治療方案。

未來(lái)的臨床試驗可能會(huì )實(shí)施這些最近的臨床前進(jìn)展，并研究它們是否產(chǎn)生更一致的有益效果，為未來(lái)將基于細胞的療法整合到標準中風(fēng)治療中鋪平道路。

參考文獻：Ruslan Rust, Lina R Nih, Luca Liberale, Hao Yin, Mohamad El Amki, Lin Kooi Ong, Berislav V Zlokovic, Brain repair mechanisms after cell therapy for stroke, Brain, Volume 147, Issue 10, October 2024, Pages 3286–3305, https://doi.org/10.1093/brain/awae204

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