神經干細胞移植在臨床中面臨的問題有哪些?

神經系統疾病是一種難治性疾病，可導致感覺喪失、運動功能喪失和記憶力減退，并直接威脅患者的生命。目前，這些疾病的致病因素及其發病機制尚不清楚。傳統藥物治療用于延緩疾病進展，不能恢復功能或再生組織。最近的研究表明，神經干細胞（NSCs）的移植是治療與神經系統相關的疾病、神經細胞再生和損傷部位微環境恢復的一種很有前景的治療方式（圖1）。

圖1：用于治療的NSC特性

NSC分泌可溶性因子，包括神經營養因子、生長因子和細胞因子，從而保護現有神經細胞免受原位損傷。此外，它們通過定向祖細胞分化成神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞，以替代丟失的神經細胞。神經保護或細胞替代均可通過神經再生幫助急性或慢性損傷后的神經功能恢復。

細胞來源是使NSC在臨床治療中應用必須解決的第一個問題，因為充分移植所需的細胞劑量非常高。利用最近的技術進步，可以從三種不同的來源獲得NSC，包括從原代組織直接提取、從多能干細胞分化和從體細胞轉分化（圖2和表1）。

圖2：NSC的來源

利用最近的技術進步，可以通過三種不同的方法獲得NSC：從原發性CNS組織直接提取，包括胎兒腦、成人腦和脊髓組織；從多能干細胞分化，例如胚胎干細胞和誘導多能干細胞；以及從體細胞的轉分化，如皮膚成纖維細胞、尿細胞和血細胞，這些細胞在臨床上很容易獲得。從上述來源產生的NSC可以通過基因改造進一步永生化

表1神經干細胞的來源

細胞分離和細胞培養技術的建立導致了有利的實驗方法的發展，并為NSC研究確定了豐富的細胞來源。

1992年，Reynolds和Weiss從成年小鼠大腦的紋狀體中分離出NSC，并報道了首次使用表皮生長因子（EGF）在體外誘導 NSC增殖。兩年后，他們發現小鼠大腦的室管膜下區是體內NSCs的來源。

多能干細胞，包括胚胎干細胞 (ESC) 和誘導多能干細胞 (iPSC)，可以通過分化產生所需的細胞，這是原代細胞分離的有吸引力的替代方案。一般來說，多能干細胞的神經分化方案可分為兩種主要途徑：胚狀體 (EB) 形成和單層培養。

轉分化，也稱為譜系重編程，最初是由Selman和Kafatos在1974年創造的。在此過程中，一種成熟的體細胞在不經歷中間多能狀態的情況下轉化為另一種成熟的體細胞。該過程主要由譜系特異性轉錄因子 (TF) 的外源表達和化合物誘導。

神經退行性疾病是由大腦或脊髓中的神經或膠質細胞缺陷引起的，導致記憶力下降、認知障礙、癡呆或肢體運動障礙，主要包括肌萎縮側索硬化癥（ALS）、帕金森病（PD）、阿爾茨海默病（ AD) 和亨廷頓病 (HD)。

漸凍癥（ALS）：ALS的特點是大腦皮層、腦干和脊髓中的運動神經元退化和喪失，從而導致肌肉萎縮、虛弱，并最終在5年內死亡。NSC分泌膠質細胞系衍生的神經營養因子和腦源性神經營養因子，在ALS轉基因大鼠模型中誘導運動神經元的再生。此外，人iPSC衍生的NSC可有效改善神經肌肉和運動單位的功能，并在鞘內或靜脈內注射后顯著延長ALS小鼠的壽命。除了動物模型，NSC治療ALS多年來一直處于臨床試驗階段。臨床結果表明這種脊髓注射治療方法的安全性。

帕金森（PD）：PD是一種以黑質致密部和紋狀體末端的多巴胺神經元喪失為特征的疾病。在毒素誘導的PD動物模型中，移植的人類 NSC 刺激大鼠星形膠質細胞去分化和外源性生長因子的分泌，從而通過調節病變微環境抑制小膠質細胞的活化并減緩 PD 進展。

盡管在PD動物模型中神經干細胞移植已顯示出一定程度的益處，但仍需要進一步的研究來闡明其臨床療效和安全性。

迄今為止，一份報告證實人類孤雌生殖干細胞衍生的神經干細胞 (hpNSCs) 可以成功地移植、長期存活并增加嚙齒動物和非人類靈長類PD模型大腦中的多巴胺水平。此外，hpNSCs的致瘤潛力可忽略不計，臨床應用安全，因此支持批準基于hpNSC的I/IIa期研究用于治療PD。

阿爾茨海默病（AD）：AD的特征是可溶性和不溶性淀粉樣蛋白β肽水平升高。據報道，AD患者的海馬神經元線粒體水平降低。將外源性神經干細胞移植到轉基因AD小鼠中會導致線粒體數量和線粒體相關蛋白的表達顯著增加，以及小鼠認知功能的改善。

亨廷頓病（HD）：HD是一種常染色體顯性遺傳病，可誘發尾狀核萎縮，其特征是不自主的舞蹈動作、認知障礙和情緒障礙。臨床發現NSC聯合海藻糖的腦內移植不僅可以減輕多聚谷氨酰胺聚集形成并減少紋狀體體積，而且還可以延長HD轉基因小鼠模型的壽命。為了進一步促進神經干細胞移植在HD動物模型中的有益效果，移植和細胞制備的時機、神經干細胞的活性以及神經干細胞與輔助細胞（如分泌腦源性神經營養因子的間充質干細胞）的共移植需要充分考慮。根據病理情況考慮。

脊髓損傷（SCI）：脊髓損傷 (SCI) 是一種嚴重的身體損傷，通常會導致嚴重的運動功能喪失和繼發性損傷。SCI尚無有效的常規治療方法，但在SCI小鼠模型中移植NSC可顯著改善運動功能恢復，從而表明NSC可以在體內存活、分化和改變早期慢性損傷部位的微環境。

中風（Stroke）：中風是一種急性腦血管疾病，包括缺血性和出血性中風。據報道，移植的小鼠iPSC衍生或人類胎兒衍生的 NSC 系可在缺血性和出血性中風動物模型中提供神經營養因子并增加血管生成和神經發生。此外，Li等人證明與單獨移植NPC相比，與可能支持NPC存活的血管祖細胞共同移植可以更有效地改善神經血管恢復和減少梗塞體積。

創傷性腦損傷（TBI）：創傷性腦損傷的主要機制分為局灶性腦損傷和彌漫性腦損傷，分別對應接觸損傷類型和加速/減速損傷類型。TBI極有可能導致認知和記憶缺陷以及運動障礙。

先前的研究得出結論，NSCs可以穩定TBI后的皮質微環境。將小鼠腦源性NSC移植到腦損傷小鼠體內可有效防止星形膠質細胞活化和小膠質細胞/巨噬細胞積聚，同時增加少突膠質細胞并修復和維持正常的神經元功能。載有bFGF的透明質酸鈉膠原支架可促進移植的大鼠神經干細胞的存活和分化，并促進功能性突觸形成以修復大鼠的創傷性腦損傷。

癲癇（Epilepsy）：癲癇是由于中樞神經系統興奮和抑制失衡導致的腦神經元異常放電；這種不平衡導致短暫的腦功能障礙，主要與離子通道神經遞質和神經膠質細胞的變化有關。近30%的顳葉癲癇 (TLE) 患者對抗癲癇藥物耐藥。

目前的報告表明，NSC移植可以抑制自發性癲癇發作。當移植到海馬的癲癇部位時，外源性NSC會產生一種特定類型的神經元，該神經元合成抑制性神經遞質γ-氨基丁酸和分泌抗驚厥因子的星形膠質細胞，從而減緩TLE引起的認知和情緒功能障礙。

腦癱（CP）：腦性麻痹 (CP) 是一組出現在兒童早期的永久性運動障礙，這是由于發育中的中樞神經系統形成非進行性病變所致。目前，CP治療包括許多措施，但這些治療方法都不能治愈CP患者。

近年來，人們對NSC/NPC治療CP的安全性和有效性進行了評估。基于目前的研究，移植血管內皮生長因子的NSCs可以部分減緩腦損傷，并對缺氧介導的CP新生大鼠具有神經保護作用，從而為CP治療提供了一種新的潛在策略。

在臨床上，已發現將流產的胎兒組織來源的NPC注射到患有CP的兒童的側腦室后，運動發育和認知能力顯著加快。此外，對接受骨髓間充質干細胞來源的神經干細胞樣細胞移植的CP患者進行了長期隨訪。在此過程中觀察到運動功能有所改善，但語言商數沒有改善，這表明源自自體MSC的神經干細胞樣細胞可能是CP治療的更好細胞類型。

新生兒缺氧缺血性腦病（HIE）：缺氧缺血性腦病 (HIE) 是當整個大腦不完全缺乏足夠的氧氣供應時發生的一種疾病。最近的研究表明，通過NSC移植對新生兒腦病進行亞低溫治療可以減緩疾病進展并預防與HIE相關的長期損害。

其他疾病：年齡相關性黃斑變性 (AMD) 的特征是光感受器的進行性喪失，它是視力喪失的主要原因。雖然AMD的治療選擇有限，但將人類NPC移植到視網膜變性嚙齒動物模型中不僅可以阻止視力喪失的進展，而且可以長期保留感光器和視覺功能。一項I/II期臨床研究正在調查人類NSC單側視網膜下移植對繼發于AMD的地理萎縮受試者的安全性和初步療效。

表2通過神經干細胞移植治療動物模型中的神經系統疾病

NSCs在治療神經系統疾病方面表現出很大的可塑性，可被誘導分化為各種類型的成熟神經細胞，包括神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞。在特定條件下，NSCs具有廣泛的分化庫，甚至可以產生非外胚層細胞，包括造血細胞和骨骼肌原細胞。

此外，NSCs分泌神經營養因子，改善病變微環境，從而為病理修復創造適當條件。上述發現證實了NSC在基礎研究和治療應用中的重要價值。NSC移植的治療效果可以通過輔助藥劑、基因改造、三維移植或輔助細胞進一步提高，這可能會提高細胞的存活率和分化成特定類型的細胞。

最初，NSCs只能從胚胎大腦中獲得，因此，來源有限、分離技術問題和低純度阻礙了基于NSC的細胞療法的進展。此外，還有倫理和道德問題。目前，新興技術不斷改進可用于獲得NSCs的方法，特別是ESCs的鑒定和iPSCs的開發，從而能夠獲取大量NSCs，促進NSCs的基礎研究。

首先，臨床治療必須遵守標準化方案。因此，必須為治療程序建立詳細而有效的標準，包括干細胞類型、移植時間和細胞劑量。NSC的純度是重中之重，需要解決和批準，因為其他細胞的污染可能會導致意想不到的副作用。應針對每種類型的急性或慢性疾病評估NSC的最佳移植時間。與其他人一起，我們發現即使是原發性組織衍生的NSC或NPC也可以在體內形成凝塊如果以高密度移植；因此，必須精確控制移植的神經干細胞的密度，以避免對注射組織造成二次損傷。NSC給藥的治療程序，包括通過顱內或脊柱內途徑的局部注射以及通過靜脈內或鞘內途徑的全身注射，高度依賴于病變部位。

其次，用作種子的干細胞必須在體外和體內都經過驗證是安全的。為此，我們建議對每批制造的NSC產品在小鼠體內進行深度測序和檢查腫瘤形成效力。

第三，體內NSCs的低存活率和適度的治療效果是仍有待解決的重大問題。此外，干細胞治療的潛在機制仍不清楚，因此需要進一步的研究。相關領域的進一步基礎研究可能有助于解決上述問題。最后，需要先進的成像技術來監測體內移植的神經干細胞的生理狀態，以排除致瘤性和其他缺陷。

表3神經干細胞移植的臨床試驗