鄭州第一附屬醫院：多能干細胞在治療缺血性中風的前景

介紹：中風是與高殘疾和死亡率相關的主要中樞神經系統疾病之一，大約80%的病例是缺血性中風。雖然目前臨床上針對缺血性腦卒中患者的治療方法有很多，包括抗血小板聚集、抗凝、改善微循環、改善腦代謝等，但這些方法對缺血區壞死的神經細胞并沒有有效的再生修復作用。

標準治療方法是使用重組組織纖溶酶原激活劑 (rt-PA) 或進行機械血栓切除術以恢復血流。然而，這些治療有一定的局限性。rt-PA的有效治療時間窗為4.5h，大動脈閉塞患者可在癥狀出現6h甚至超過24h內行取栓治療。然而，在最近的機械取栓試驗中，近60%的患者在治療后3個月沒有實現功能獨立。當發生缺血性中風時，在梗塞區域可見各種細胞的凋亡或壞死。因此，理想的治療方法是植入某種類型的細胞來替代受損細胞。

近年來，干細胞移植技術已成功應用于心臟病建模、糖尿病、黃斑變性、脊髓損傷、軟骨再生和移植物抗宿主病。干細胞移植也逐漸被考慮用于治療一些神經系統疾病，例如阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側索硬化癥、亨廷頓病和缺血性中風。

2022年4月13日，北京大學鄧宏魁研究團隊在國際學術期刊Nature雜志在線發表了題為“Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells”的研究論文，首次在國際上報道了使用化學小分子誘導人成體細胞轉變為多潛能干細胞這一突破性研究成果。

2021年鄭州大學第一附屬醫院神經內科在《Frontiers》雜志子刊神經科學前沿發表了一篇名為《誘導多能干細胞治療缺血性中風》的文章，在這篇綜述中，總結了在缺血性卒中細胞療法發展方面取得的進展。我們特別關注誘導多能干細胞（iPSCs）治療缺血性腦卒中的機制、現狀、臨床應用、發展限制和未來前景。

四大類干細胞治療缺血性腦卒中的應用

干細胞移植技術作為治療缺血性中風的新選擇具有吸引力，它利用不同的細胞來源，包括胚胎干細胞 (ESCs)、神經干細胞 (NSCs)、間充質干細胞 (MSCs)、臍帶血細胞、脂肪來源的MSCs、牙干細胞、iPSCs和一些永生化細胞系；該領域的最新研究主要集中在前三種干細胞類型上。在這里，我們討論了不同干細胞類型在缺血性中風中的當前應用，尤其是iPSC治療。

胚胎干細胞治療缺血性中風中

胚胎干細胞是一種多能細胞，來源于植入前胚胎的內部物質，具有分化能力。它們能夠形成特定的神經組織，例如神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞。

因此，胚胎干細胞被認為是用于神經疾病治療的潛在和理想的移植細胞來源。基于ESC的細胞療法已被證明不僅可以促進結構修復和功能恢復，還可以減少缺血性中風小鼠模型中的梗塞面積。

神經干細胞治療缺血性中風中

在發現NSC之前，神經發生是不可能的，神經干細胞具有自我更新和起源神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞的能力。許多研究已經確定大腦不同區域存在多能和自我更新的NSCs，包括海馬齒狀回的顆粒下區和側腦室的腦室下區，以及成人大腦中內源性神經發生的發生。研究人員發現，局灶性腦缺血1周后移植胎兒新皮質組織可改善行為結果并減少繼發性丘腦萎縮。

間充質干細胞治療缺血性中風中

間充質干細胞是非造血干細胞，廣泛存在于各種器官和組織中，具有高度增殖、自我更新和多向分化的特性。MSCs可以從多種組織中獲得，包括骨髓、胎盤、羊水、脂肪組織、臍帶和牙髓。

在臨床前水平上，MSCs，尤其是BMSCs的移植改善了MCAO模型大鼠的功能恢復。間充質干細胞移植顯示可減少病變體積，增強感覺運動和認知功能，促進血管生成和神經發生，調節炎癥和免疫反應，并改善突觸恢復。盡管一些研究表明缺血性病變體積沒有顯著減少，但在運用MSCs后功能結果仍然有所改善；這些差異被認為是由于大腦中動脈沒有再通。幾項臨床試驗似乎已經證實MSCs是治療缺血性卒中的潛在選擇。

誘導多能干細胞治療缺血性中風中

誘導多能干細胞是一類特征與ESCs相似的克隆細胞，由Takahashi和Yamanaka首次發現，他們利用逆轉錄病毒通過相應的逆轉錄病毒將四種因子（Sox2、Oct3/4、Klf4和cMyc）整合到小鼠和成人成纖維細胞中。迄今為止，iPSCs主要應用于三個方面，即疾病建模、藥物發現和再生治療。

近年來，基于iPSC的細胞療法發展迅速，其潛力已被研究用于治療多種疾病。從iPSC分化的視網膜色素上皮細胞已被證明在黃斑變性的臨床前模型和臨床研究中是安全有效的。作為一種新的替代方法，iPSC技術在各種其他疾病中引起了越來越多的關注，包括缺血性中風、心力衰竭、造血障礙、脊髓損傷和肝病。由于對所有這些應用的詳細描述超出了本次審查的范圍，我們特別關注與缺血性卒中相關的關鍵問題。

多種動物實驗表明，iPSCs的應用在缺血性卒中治療中發揮著重要作用，包括改善感覺運動功能，減少病灶體積，促進神經發生和血管生成，并在受缺血性中風影響的嚙齒動物的大腦中發揮免疫調節和抗炎作用。然而，一些動物實驗并沒有達到預期的結果，例如梗死體積顯著減少和行為改善。在此，iPSC移植在缺血性腦卒中模型中的實驗總結如表1所示，并總結了缺血性腦卒中的動物模型、隨訪期和實驗結果。

表1.缺血性中風模型中iPSC移植實驗的總結

誘導多能干細胞治療缺血性卒中的作用機制

缺血性中風引起的神經功能缺損主要是由于各種神經細胞的丟失，包括神經元和不同類型的神經膠質細胞。在缺血性腦卒中動物模型中植入iPSCs可有效促進神經功能的恢復。已經提出了多種機制來解釋iPSC在治療缺血性中風中的這些有益作用，包括細胞替代、神經保護、調節炎癥和免疫反應，以及刺激血管生成、突觸發生和內源性神經發生（圖1）。

細胞替代和神經保護：iPSC衍生的NSC (iNSC)，包括通過基于游離質粒的重編程技術產生的iPSC，可以分化為三種主要的神經譜系，即神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞。

臨床表明數據表明，iNSC治療可能具有神經保護作用，導致大腦皮層神經元細胞死亡減少和小膠質細胞活化受到抑制，從而導致基因表達發生變化，從而減少炎癥并改善組織恢復。

炎癥和免疫反應的調節：研究人員表明在中風后24小時將iPSC衍生的NSC移植到海馬中可以減輕血腦屏障損傷，同時降低促炎標志物的表達水平，小膠質細胞活化和粘附分子，導致移植后第一周運動和感覺運動功能顯著改善。

刺激血管生成：在星形膠質細胞和受損大腦的血管壁中檢測到血管內皮生長因子 (VEGF) 的表達。VEGF的免疫反應性早在移植后1周就上調。雖然在老年大鼠移植后8周反應性相對較弱，但結果表明VEGF分泌對早期恢復的可塑性和炎癥有一定的影響。

刺激突觸發生和內源性神經發生：此外，研究了缺血性腦中神經回路重建的可能性。結果表明，iPSCs在胚狀體樣聚集體的無血清培養下可以分化為人端腦祖細胞，這些細胞不僅在體內存活，而且還生長出軸突并延伸到小鼠的腦缺血區。

結論與未來展望

干細胞治療及其特點研究的爆炸式發展，開創了缺血性腦卒中治療的新紀元。同時，iPSC技術在治療缺血性腦卒中方面也日趨成熟，在臨床前模型中取得了可觀的成果，從而繞過了與使用ESC相關的倫理和免疫排斥問題。目前，iPSCs被認為是一種很有前途的臨床治療工具，有望在不久的將來實際應用。要實現這一療法，我們應該努力克服剩余的障礙，進行更廣泛、更深入的臨床試驗。重要的是，優化iPSC的培養和分化方法需要達成共識。

綜上所述，隨著iPSCs技術的快速進步和改進，以及對重編程和治療機制的深入了解，為缺血性卒中患者提供安全、相對高效的iPSCs的最終目標可能在不久的將來成為現實。

參考資料：Duan R, Gao Y, He R, Jing L, Li Y, Gong Z, Yao Y, Luan T, Zhang C, Li L and Jia Y (2021) Induced Plurpotent Stem Cells for Ichemic Stroke Treatment. 正面。神經科學。15:628663。doi: 10.3389/fnins.2021.628663.

說明：推文用于傳播知識，分享行業動態，不構成任何醫療建議，如有疑問，請隨時聯系我。