神經干細胞移植在臨床中面臨的問題有哪些?

神經干細胞 (NSC) 在神經再生中具有獨特的作用。神經干細胞移植的細胞療法是治療神經系統疾病的一種有前途的工具。然而，這些細胞的衍生和治療應用仍然存在許多問題和爭議。在這篇綜述中，我們總結了神經干細胞的不同來源及其衍生方法，包括從原代組織直接分離、從多能干細胞分化和從體細胞轉分化。

我們還回顧了神經干細胞移植治療各種神經缺陷和損傷的臨床進展。最后，我們討論了神經干細胞衍生的潛在優化策略，并在不久的將來對神經干細胞移植的療法的臨床轉化提出了緊迫的挑戰。

事實

• 神經干細胞是一種很有前途的治療與神經系統相關疾病的方法，因為它們分泌可溶性因子并分化為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞。
• 利用最近的技術進步，可以從三種不同的來源獲得神經干細胞：從原代組織直接分離、從多能干細胞分化和從體細胞轉分化。
• 基于神經干細胞移植的細胞療法用于治療動物模型和臨床試驗中的各種神經缺陷和損傷已被廣泛研究。

開放式問題

• 哪種神經干細胞推導策略對臨床翻譯最有效和最安全？
• 神經干細胞移植方法如何從臨床前研究轉化為臨床試驗？
• 在不久的將來，基于神經干細胞的療法的臨床轉化有哪些優化策略和緊迫挑戰？

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）。

神經干細胞分泌可溶性因子，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。

細胞來源是使神經干細胞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神經干細胞，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）。

分離和生成神經干細胞的策略

從原代組織中分離和培養神經干細胞

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。

多能干細胞分化為神經干細胞

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。

體細胞轉分化為神經干細胞

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。

神經干細胞移植治療神經系統疾病進展

神經退行性疾病

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。

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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。

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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。

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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。

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小鼠模型中移植神經干細胞可顯著改善運動功能恢復，從而表明神經干細胞可以在體內存活、分化和改變早期慢性損傷部位的微環境。

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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。

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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。

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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。

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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，人們對神經干細胞移植治療腦癱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。

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目前神經干細胞移植應對的主要問題

• 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。
• 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。

結論和觀點

神經干細胞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，神經干細胞具有廣泛的分化庫，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，神經干細胞分泌神經營養因子，改善病變微環境，從而為病理修復創造適當條件。上述發現證實了神經干細胞移植在神經系統疾病應用中的重要價值。神經干細胞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，神經干細胞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神經干細胞的方法，特別是胚胎干細胞的鑒定和誘導多能干細胞的開發，從而能夠獲取大量神經干細胞，促進神經干細胞的基礎研究。

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