《国际分子科学杂志》综述：干细胞治疗脑损伤的临床研究进展

1970-01-01 08:00来源：人参果细胞网 作者：

儿童创伤性脑损伤是主要死亡原因，并且由此产生的神经系统后遗症与长期发病率相关。越来越多的研究表明干细胞疗法是一种潜在的新疗法。然而，仍需要做大量的工作来阐明有效干细胞疗法的作用机制、干细胞疗法的类型、治疗开始的最佳时机、并行药物治疗的组合以及患者选择标准。

近日，我国台湾台中荣民总医院儿科在《国际分子科学杂志》发表了一篇名为“StemCellTherapyinChildrenwithTraumaticBrainInjury”的文章，文章综述了干细胞治疗在儿科创伤中的作用进行简要叙述和临床回顾。

本文将重点关注干细胞治疗儿童脑外伤的临床研究进展。

干细胞

干细胞（SC）是组织和器官的基本结构单元，具有自我再生和分化成多种细胞系的独特能力。干细胞的特征包括克隆性（通常由单个细胞产生）和有效性（分化成各种细胞和组织的能力）。因此，干细胞可根据提取来源和有效性进行分类（表1）。

表1：根据来源和效力对干细胞进行分类

干细胞疗法会引发复杂的再生反应，并可能在不同的刺激和微环境下表现出不同的活性。与传统的口服给药途径不同，口服进入胃肠系统并不利于有效的干细胞治疗。也有人提出了其他途径，例如静脉内、动脉内、局部和鞘内注射（图1）。

图1：干细胞给药的各种途径

因此，在利用干细胞疗法时，需要考虑多种因素，例如给药途径、时间和剂量；供体因素；宿主因素；离体分化；以及适当的自体或同种异体治疗对于优化治疗效果至关重要。

什么是脑外伤

儿童创伤性脑损伤（TBI）可能导致死亡或终身残疾。

根据持续创伤的性质，创伤性脑损伤可分为开放性损伤和闭合性损伤。大多数创伤属于闭合性损伤。

对大脑的创伤性损伤包括两个阶段，可分为原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤是由于直接的机械力导致颅内内容物立即受损。继发性损伤产生于对初始损伤的后续反应（脑血流改变和炎症），持续数小时至数天。血管痉挛、局灶性微血管闭塞和血管损伤会改变脑血流，因为血脑屏障受到破坏，而这种屏障功能的丧失会使免疫细胞和外来元素（治疗性和神经毒性）进入受创大脑。细胞毒性和血管源性脑水肿会导致颅内压升高，进一步损害血流；继发性缺血会导致缺氧和神经细胞逐渐死亡。这种脑血流破坏发生在创伤后24小时内，导致组织缺血。

儿童创伤性脑损伤最初可能表现为呕吐、视力模糊、头痛、定向障碍和步态异常（图2）。

图2：急性TBI后的临床症状。

临床表现各不相同，取决于创伤的严重程度和性质以及患者的年龄。

小儿创伤性脑损伤的慢性神经系统结果包括智力功能、信息处理、记忆、学习、执行功能以及社会和行为结果的损害。

恢复情况取决于受伤的严重程度、受伤后的时间以及受伤时的发育阶段。共有181名儿童根据发生TBI时的年龄分为四组；这些是婴儿期、学前班、童年中期和童年晚期。研究发现，在童年中期遭受TBI的儿童在初次受伤后2年后评估的智商分数较低。儿童严重TBI与智力恢复较差有关。严重TBI儿童的学业功能较差，执行功能得分最差；患有轻度至中度TBI的人也有一些记忆缺陷。

目前的两阶段治疗包括原发性损伤的初步修复和立即后果；这些可能包括颅内出血的引流、无活性组织的清创和实现止血。

干细胞治疗创伤性脑损伤

TBI治疗可提高生存率；然而，仍然缺乏功能性脑恢复和尽量减少神经系统后遗症的临床治疗。干细胞具有防止细胞死亡的能力，并在组织重建中发挥神经保护作用。间充质和神经干细胞可能作为潜在的新疗法。

神经干细胞对损伤的反应

神经干细胞（NSCs）和神经祖细胞（NPs）存在于未成熟大脑的发芽区。脑室下区（SVZ）由胚胎脑室区的原始神经上皮细胞和中间祖细胞组成。神经干细胞是多电位的，而NP是多电位、双电位或单电位的。生成的未成熟神经元以切向链的形式迁移，最终在选定的指定位置复原为细胞流。研究是在人类和啮齿动物模型中进行的。这些研究表明，在出生后的发育过程中，SVZ产生了六种主要的祖细胞流（表2）。高分化区具有生成神经元的能力，但其功能主要是胶质生成，最初生成星形胶质细胞，后来生成少突胶质细胞。

表2：大脑SVZ的主要祖细胞流类型

对损伤的神经炎症反应

儿科TBI后，长期的神经炎症和失调会导致海马齿状回神经元丢失和相关的认知缺陷。损伤后的神经炎症也会影响TBI的结果。这是由于神经元、神经胶质细胞和可溶性细胞因子和趋化因子之间的相互作用。

激活的小胶质细胞是大脑中常驻的巨噬细胞。它们在调节这种神经炎症过程中发挥作用。它们与神经元的相互作用决定了分泌的趋化因子和细胞因子的特定类型，从而决定了最终发挥的功能。

因此，在人类TBI中，神经自我修复的能力受到更多限制，细胞死亡更容易发生，特别是在损伤后存在高度炎症环境的情况下。间充质干细胞具有迁移到损伤部位、分泌抗炎蛋白和调节炎症反应的细胞效应器的能力。因此，间充质干细胞可能有助于这种自我限制的再生过程。

干细胞治疗脑损伤的临床研究案例

可能需要多种神经元细胞类型来恢复选定的中度至重度TBI患者的神经功能。

神经干细胞（胚胎或成体）自我更新并分化为神经元和神经胶质细胞，替代受损的神经元并促进受损大脑的神经发生。这在概念上很有吸引力，但在实际临床应用之前需要克服一些问题。这些NSC不会迁移到交付区域之外太远；因此，可能需要多次立体定向注射，但这仍然不能保证皮下注射到达所需的损伤部位。NSCs的获取来源是一个伦理问题，而且还存在移植排斥的风险。这些因素限制了NSCs的临床应用。

其他干细胞类型，包括多能成体祖细胞和内皮祖细胞，也在TBI中进行了研究。然而，它们的安全性和有效性尚无定论。

MSCs已在一些临床研究中得到应用，显示出更多的临床应用前景。这些细胞是多能的，可以从骨髓、脐带、脂肪组织、胎盘和多种组织类型中采集。间充质干细胞穿过血脑屏障并到达损伤部位，释放营养因子，包括脑源性神经营养因子和神经生长因子，招募局部祖细胞并调节适当的抗炎反应，以减少细胞死亡并有利于修复。

表3：揭示了已发表的针对TBI的临床人体研究；这些虽然很少，但显示出有希望的结果。

表3：已发表的干细胞治疗创伤性脑损伤患者的人体临床试验

廖等人对5至14岁、GCS评分为5-8的儿童进行了一项研究；静脉自体骨髓单核细胞治疗（剂量6×106每公斤体重的干细胞）在受伤后48小时内注射。十名儿童接受治疗，十九名儿童被分配到对照组。主要结果是通过使用儿科治疗强度水平量表来量化颅内压升高的治疗强度来评估的。次要结果是通过利用儿科后勤器官功能障碍评分和颅内压监测天数来测量的。接受同步干细胞治疗的儿童的颅内压管理强度较低，从治疗后24小时开始到治疗第一周内显着降低。

据报道，器官损伤严重程度降低，神经重症监护持续时间缩短。这项研究还表明，在急性损伤中采集自体间充质干细胞是安全可行的。

在同一研究小组的延伸中，Cox等人进一步证明，10名接受自体骨髓单核细胞治疗的儿童在6个月的随访中获得了良好的神经心理和功能结果。用于评估功能结果的工具（格拉斯哥结果量表、格拉斯哥结果量表——针对儿童扩展、儿科损伤功能结果量表和适应性行为评估系统II）均显示出显着改善。通过韦克斯勒智力、编码、凹槽板、听力回忆和言语学习缩写量表测量，神经心理学结果显着改善。磁共振成像也显示TBI后脑组织没有进行性丧失。

同样，在一项针对40名患有TBI后遗症超过1年的成年人（20名治疗患者和20名对照患者）的研究中，脐带间充质干细胞移植（剂量为1×107干细胞×4个疗程，5至5个月）7天）在腰椎3-4和4-5椎间隙进行腰椎穿刺，显示神经功能和自我护理有所改善。在基线和治疗后6个月进行Fugl-Meyer评估和功能独立测量评分；接受干细胞治疗的患者在运动功能、敏感性和平衡方面表现出显着改善。

田等人对97名严重TBI患者进行了至少1个月的介入队列研究。在97名入组患者中，24名患者处于持续植物人状态，73名患者出现运动活动障碍。

采用鞘内给予自体骨髓干细胞(剂量1×106干细胞)。97名患者中有38名脑功能显着改善（p=0.007），24名持续性植物人状态患者中有11名意识改善（p=0.024），73名精神障碍患者中有27名运动功能改善运动活动（p=0.025）。年轻患者的改善更为显着，这可能是由于年轻患者的身体基线状况更好。发现受伤后时间与治疗结果之间存在负相关关系。因此，在创伤性脑损伤的亚急性阶段尽早开始干细胞治疗可以获得更好的结果。

所有这些研究均报告没有重大副作用。腰椎穿刺后短暂发热、头晕头痛等轻微不适均得到缓解，且无长期影响。这些证明了间充质干细胞疗法在成人和儿童TBI患者中的安全应用。

挑战与未来展望

间充质干细胞所具有的特性使其成为TBI儿童潜在的临床治疗选择（表4）。

表4：间充质干细胞临床应用的特点和需要考虑的因素。

间充质干细胞是多能的，可以分化成多种细胞类型，包括神经谱系的细胞类型。它们能够迁移到目标损伤部位，这主要是由各种趋化因子促进的，其中最有效的影响来自血小板源性生长因子-AB(PDGF-AB)和胰岛素样生长因子1(IGF-1)）。针对TBI，MSC能够利用上述机制穿过血脑屏障（BBB）。

此外，其他迁移方式包括穿过脑微血管内皮细胞之间短暂形成的内皮间隙。还描述了通过质足侵入局部组织。间充质干细胞和分泌的细胞因子促进受损组织的再生，刺激受损部位存活的内源性神经干细胞的增殖、迁移和分化。间充质干细胞还具有免疫抑制特性；这也可能有助于最大限度地减少TBI相关继发性损伤的不利影响。

最近越来越多的研究也揭示了间充质干细胞治疗在各种其他儿科疾病中的可行临床应用。这包括骨髓间充质干细胞在治疗骨疾病中的应用，例如成骨不全、移植物抗宿主病、溶酶体贮积症和脊髓性肌萎缩症。脐带间充质干细胞还应用于支气管肺发育不良、脑瘫和自闭症谱系障碍患者。

间充质干细胞治疗对于TBI儿童来说是一种安全可行的治疗选择。图3提出了MSC治疗的简要流程图。

图3：间充质干细胞治疗脑损伤患者的流程图。

这是一个基本流程图，展示了间充质干细胞疗法在患有创伤性脑损伤的患者中的临床应用。治疗可以在急性和慢性情况下开始。在收获、处理、制备和输注间充质干细胞后，对患者的临床结果和不良副作用进行监测。

在设计MSC治疗模型时，需要考虑各种问题（表4）。间充质细胞有多种来源；自体骨髓和脐带血SC是最近临床试验中最常用的细胞类型。使用自体干细胞可以避免移植排斥的可能性。在脑损伤急性期采集SCs是可行且安全的。目前报道的MSC给药途径可以是静脉内和鞘内。鞘内注射可能与局部组织损伤有关，而静脉注射可能导致细胞被截留在远离损伤的区域。静脉途径的优点是无创，但并非所有输注的细胞都能到达损伤部位。

关于干细胞衍生的分泌体和外泌体在TBI中的应用进行了最新研究。分泌组由细胞因子、趋化因子、生长因子、蛋白质、脂质、核酸、代谢物和细胞外囊泡组成。源自MSC的分泌组在TBI中显示出有希望的保护作用，表明未来治疗探索的潜力。

结论

在从动物到临床人类TBI研究的桥梁中，可以安全有效地设计MSC治疗模型。儿童正在发育的大脑特别脆弱，创伤性脑损伤可能会导致慢性或延迟性不良神经系统后果。间充质干细胞疗法可用于急性和慢性环境，帮助神经再生，调节神经炎症反应并减少长期残疾。

间充质干细胞疗法在儿童脑损伤中的双重作用具有巨大潜力，值得进一步的临床研究。间充质来源的分泌体和外泌体在脑损伤治疗中的新的、令人兴奋的积极作用也需要进一步的研究。

参考资料：Lin,Wen-Ya,Kang-HsiWu,Chun-YuChen,Bei-CyuanGuo,Yu-JunChang,Tai-AnLee,Mao-JenLin,andHan-PingWu.2023.“StemCellTherapyinChildrenwithTraumaticBrainInjury”InternationalJournalofMolecularSciences24,no.19:14706.https://doi.org/10.3390/ijms241914706

标签:干细胞治疗·干细胞治疗脑损伤·间充质干细胞