腦卒中是全球僅次于缺血性心臟病的第二大死因。缺血性腦卒中(ischemic stroke,IS)占所有腦卒中患者的87%，且其發(fā)病率仍在上升。由于局灶性腦缺血引起的急性神經(jīng)功能缺損，給大量患者帶來了不同程度的殘疾負擔(dān)。

目前，缺血性中風(fēng)的治療方案很少。靜脈注射組織纖溶酶原激活劑（t-PA）可以使阻塞的血管再通。然而，這種治療受到時間窗短（≤4.5小時）和繼發(fā)性腦出血風(fēng)險的限制。機械取栓（MT）可將治療時間窗延長至24小時，但這種特殊手術(shù)只能在少數(shù)有資質(zhì)的醫(yī)院進行，需要經(jīng)過嚴格的適應(yīng)癥和禁忌癥篩選；只有少數(shù)患者可以接受MT治療。此外，康復(fù)治療只能帶來有限的功能改善；仍有大量永久性殘疾患者。因此，開發(fā)一種新的治療缺血性腦卒中的藥物勢在必行。

間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中之前應(yīng)該了解哪些問題

近20年來，干細胞療法在不同的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病（如自身免疫性腦脊髓炎、脊髓損傷和腦卒中）中得到廣泛研究。干細胞有多種類型，包括胚胎干細胞、神經(jīng)干細胞、造血干細胞和間充質(zhì)干細胞。

近年來，大量研究證明應(yīng)用間充質(zhì)干細胞可以減少腦梗死缺血后的面積，促進神經(jīng)功能的恢復(fù)。間充質(zhì)干細胞在IS中的治療機制尚未完全明了，這可能與其神經(jīng)元替代、神經(jīng)發(fā)生、血管生成和抗炎作用有關(guān)。間充質(zhì)干細胞產(chǎn)生的細胞外囊泡 (EV) 也可能在這一過程中發(fā)揮重要作用。大量的臨床前研究證明了它的安全性。

本文旨在綜述間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中的進展。間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中的機制涉及免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)保護、血管生成和神經(jīng)回路重建等。

此外，營養(yǎng)細胞因子、線粒體和細胞外囊泡（EVs）可能是間充質(zhì)干細胞治療作用的主要介質(zhì)。與單獨移植 MSCs相比，移植間充質(zhì)干細胞衍生的EVs (MSCs-EVs) 可提供更好的抗IS神經(jīng)保護作用。間充質(zhì)干細胞治療可延長缺血性腦卒中的治療時間窗，腦卒中后7天內(nèi)早期給藥可能是最佳治療時機。遞送常規(guī)包括腦室內(nèi)、血管內(nèi)、鼻內(nèi)和腹膜內(nèi)。這些數(shù)據(jù)支持了間充質(zhì)干細胞治療可能是一種有前途的IS治療策略的觀點。而新技術(shù)的應(yīng)用將促進IS的間充質(zhì)干細胞治療。

間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中的機制

免疫調(diào)節(jié)：干細胞可通過與先天性和適應(yīng)性的免疫細胞相互作用，同時調(diào)節(jié)系統(tǒng)免疫反應(yīng)，幫助修復(fù)受損腦組織。它還能降低外周免疫抑制，減弱炎癥反應(yīng)，降低全身感染的發(fā)生率，并可能形成先天免疫類記憶反應(yīng)，從而對急性炎癥提供長期的持續(xù)保護。 

神經(jīng)保護：研究發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細胞移植后，MSCs直接釋放或增加內(nèi)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的釋放，如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、神經(jīng)生長因子（NGF）、神經(jīng)膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF ）和堿性成纖維細胞生長因子 (bFGF) 以達到神經(jīng)保護作用。

血管生成：干細胞可通過分泌促血管生成因子（包括直接（VEGF、bFGF、HGF、Ang-1）和間接（TGF-β、IL-3、IL-6、IL-8）促血管生成因子），分化為內(nèi)皮細胞或血管平滑肌細胞，并作為血管周細胞參與側(cè)支重構(gòu)。

神經(jīng)回路重建：體內(nèi)外研究均表明，干細胞可分化為內(nèi)、中、外胚層系細胞，包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞等。這些成熟的細胞能夠融合并替代受損細胞、構(gòu)成神經(jīng)血管單元，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，并最終減少腦卒中后的神經(jīng)功能缺陷。 

線粒體轉(zhuǎn)移：將健康的線粒體轉(zhuǎn)移到受損細胞可能是間充質(zhì)干細胞治療缺血性中風(fēng)的機制之一。

細胞外囊泡：間充質(zhì)干細胞衍生的EVs（MSC-EVs）是由間充質(zhì)干細胞分泌的球形細胞質(zhì)成分，其中含有大量可溶性生物活性成分，如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、mRNA和微小RNA。它通過與靶細胞結(jié)合，將上述細胞成分和遺傳基因轉(zhuǎn)移到靶細胞中，從而調(diào)節(jié)靶細胞的活性和功能。作為 MSC 和受損細胞之間的關(guān)鍵信使，MSC-EV在MSC治療IS中發(fā)揮著重要作用。

綜上所述，免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)保護、血管生成和神經(jīng)回路重建可能是間充質(zhì)干細胞治療IS的主要機制，而營養(yǎng)細胞因子的分泌、線粒體的轉(zhuǎn)移和細胞外囊泡的轉(zhuǎn)移可能是其治療IS的主要途徑。 MSCs作用 (圖1)。

該如何選擇什么類似的間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中？

骨髓是第一個分離出MSC的組織。然而，骨髓中MSCs的產(chǎn)量很低。骨髓間充質(zhì)干細胞（Bone marrow-derived MSCs，BM-MSCs）的增殖和分化潛能隨年齡增長而下降，需要侵入性骨髓穿刺獲得，這使得骨髓可能不是MSCs的最佳來源。此外，還從其他組織中分離出骨髓、MSCs，包括脂肪組織、胎盤、臍帶和牙髓。

成人脂肪組織中存在大量功能性間充質(zhì)干細胞。脂肪來源的 MSCs (AD-MSCs) 可以通過脂肪組織的膠原酶消化獲得。與BM-MCS相比，AD-MSCs更容易獲得和培養(yǎng)足夠的自體移植物。人同種異體AD-MSC的免疫原性低于同種異體BM-MCS，而自體AD-MSC的免疫原性較低。由于其相當(dāng)大的臨床轉(zhuǎn)化潛力，AD-MSCs 是除BM-MSCs之外IS中研究最多的MSCs。

研究表明，靜脈注射AD-MSCs與注射BM-MSCs具有相同的療效，AD-MSCs在減少梗死面積和改善神經(jīng)功能方面更具優(yōu)勢。許多其他動物實驗也證明，IS后AD-MSC移植具有免疫調(diào)節(jié)作用、神經(jīng)保護作用、血管生成作用、神經(jīng)回路重建作用。

牙髓提供了一種可獲得的、無創(chuàng)的、高增殖潛力的間充質(zhì)干細胞來源。研究表明，牙周膜干細胞 (PDLSCs) 比 DP-MSCs 更能促進腦缺血后神經(jīng)功能的恢復(fù)。值得注意的是，最近的一項研究表明，人類 DP-MSCs 在體外分化為神經(jīng)元后具有產(chǎn)生動作電位的能力。它們是否可以在 IS 動物模型中轉(zhuǎn)化為功能性神經(jīng)元仍有待探索。

從臍帶血管周圍組織和沃頓膠質(zhì)（臍帶血管周圍的粘液結(jié)締物質(zhì)）中提取臍帶來源的間充質(zhì)干細胞 (UC-MSC)。與胎盤一樣，臍帶作為產(chǎn)后廢物很容易獲得，不存在倫理問題。多項研究比較了臍帶來源的MSC、牙髓、骨髓和脂肪組織，發(fā)現(xiàn)臍帶來源的MSC具有更強的增殖活性。研究表明，UC-MSCs和胎盤來源的MSCs（PL-MSCs）可以減輕大鼠腦缺血后的神經(jīng)功能缺損，其潛在機制與上述相似。

除了BM-MSCs，來自脂肪、牙髓、臍帶和胎盤的MSCs因其易于獲得和強大的擴展能力而成為最有希望用于臨床治療的MSCs類型。未來的研究還需要闡明不同來源的MSCs作用機制的一致性和差異性，以及哪種MSCs在IS中獲得最大療效和最小不良反應(yīng)，從而確定最適合臨床應(yīng)用的MSCs來源。

自體還是同種異體干細胞移植治療缺血性腦卒中好？

雖然自體MSCs是最安全的，但同種異體MSCs更有優(yōu)勢。

首先，自體MSCs需要較長的培養(yǎng)和擴增時間，限制了其在IS急性期的應(yīng)用，而異體MSCs可以更快地從冰箱中獲得和擴增，從而避免了時間窗的延遲。

其次，IS患者通常服用抗血小板或抗凝藥物，應(yīng)用自體MSCs可能導(dǎo)致繼發(fā)性出血。來自健康捐贈者的同種異體間充質(zhì)干細胞沒有這樣的擔(dān)憂。

第三，年齡是影響MSCs生理特性的因素。研究表明，老年供體的 MSCs 增殖和分化能力下降，分泌 BDNF、VEGF 和胰島素樣生長因子 (IGF) 等營養(yǎng)物質(zhì)的能力也受到影響。因為IS患者通常年齡較大，因此從年輕健康供體獲得的同種異體 MSCs 可能更有效。

間充質(zhì)干細胞移植治療缺血性腦卒中的移植途徑有哪些？

實質(zhì)內(nèi)遞送

腦內(nèi)移植可有效治療實驗性缺血性中風(fēng)。將MSCs直接注入腦實質(zhì)，可使病灶區(qū)的MSCs數(shù)量最多，腦外副作用較少，可能帶來最好的神經(jīng)功能改善。對46篇文章的薈萃分析表明，不同的給藥途徑會影響MSCs治療IS的療效。腦內(nèi)給藥效果最好，其次是動脈內(nèi)給藥，最后是靜脈內(nèi)給藥。

腦室內(nèi)/鞘內(nèi)給藥

腦室內(nèi)或鞘內(nèi)注射 MSCs 可通過腦脊液擴散至中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各個部位。林等將MSCs注射到IS大鼠腰椎脊髓鞘內(nèi)發(fā)現(xiàn)，與靜脈注射相比，鞘內(nèi)注射 MSCs 能有效遷移至梗死區(qū)，并能分化成神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞，促進腦梗死大鼠運動功能的改善。

靜脈給藥

靜脈注射的優(yōu)點是避免了顱內(nèi)侵犯，創(chuàng)傷小，操作簡單易行。許多MSCs治療IS的臨床前試驗均采用靜脈注射的方式取得了良好的效果，包括減少梗死體積和改善神經(jīng)功能等。

動脈內(nèi)分娩

動脈內(nèi)注射是血管內(nèi)給藥的另一種方法；大多數(shù)研究采用頸內(nèi)動脈注射。動脈內(nèi)注射既保留了微創(chuàng)血管內(nèi)給藥的優(yōu)點，又可以繞過肺循環(huán)，提高病灶內(nèi)MSCs的濃度。臨床試驗已經(jīng)證明動脈內(nèi)注射MSCs治療IS患者的有效性和安全性，因此動脈內(nèi)注射可能是另一種合適的血管內(nèi)途徑。

腹腔分娩

腹腔注射是一種較少使用的MSC管理方式。這種給藥方式會導(dǎo)致大量的MSCs聚集在腹腔內(nèi)，而遷移到其他器官的MSCs數(shù)量很少。

鼻內(nèi)給藥

鼻內(nèi)途徑是一種新的干細胞移植途徑。經(jīng)鼻移植的MSCs可以繞過鼻粘膜處的血腦屏障，然后通過嗅覺感覺神經(jīng)進入大腦或通過腦脊液進一步轉(zhuǎn)移到顱內(nèi)其他區(qū)域。洲等人報道經(jīng)鼻給藥的MSCs在分娩后6小時到達梗死周圍區(qū)域，經(jīng)鼻移植的MSCs可以縮小梗死體積，促進神經(jīng)功能的恢復(fù)。

綜上所述，目前MSCs治療IS的研究中，腦實質(zhì)內(nèi)給藥、靜脈內(nèi)給藥和動脈內(nèi)給藥是應(yīng)用最為廣泛的三種方式，不同的給藥方式各有優(yōu)缺點。表格1)。血管內(nèi)注射可能是MSC給藥的合適途徑。鼻腔給藥作為一種新的干細胞移植方式，具有巨大的臨床應(yīng)用潛力。未來的研究需要評估和比較不同給藥方式的安全性和有效性，以選擇最合適的給藥方式。

表格1：不同MSC移植方法的優(yōu)缺點。

航線	優(yōu)點	缺點	參考
實質(zhì)內(nèi)	最高歸巢率；低腦外副作用	侵襲性強；額外的腦組織損傷	[27 , 124]
腦室內(nèi)/鞘內(nèi)	允許遷移到 CNS 的不同部分；高歸巢率	侵入性	[126]
靜脈	低侵入性；操作簡單	外周組織停滯；肺栓塞	[128 , 129]
動脈內(nèi)	低侵入性；相當(dāng)大的歸巢率	微血管閉塞	[130 , 132]
腹膜內(nèi)	低侵入性；高存活率	歸巢率低	[116 , 134]
鼻內(nèi)	無創(chuàng)性；操作簡單；重復(fù)給藥	缺乏臨床試驗證據(jù)	[136–138]

間充質(zhì)干細胞移植治療缺血性腦卒中的移植時機

由于不同研究的給藥方式、劑量、神經(jīng)功能評價等不同，無法客觀得出最佳給藥時間。一項涉及141篇文章的薈萃分析將這些研究的給藥時間分為四組：0-6小時、12-24小時、2-7天和>7天。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與12-24小時組和>7天組相比，2-7天組的綜合神經(jīng)功能評分明顯改善。

此外，0-6小時和2-7天之間沒有顯著差異，這表明IS后0-6小時和2-7天可能是給藥的最佳時間。一方面，IS后早期，局部腦組織缺氧缺能，炎癥反應(yīng)強烈，導(dǎo)致MSCs存活率低。因此，IS后2-7天給藥可能會增加MSCs的存活率，使MSCs發(fā)揮更大的作用。

另一方面，0-6小時給予MSCs誘導(dǎo)的神經(jīng)功能顯著改善可能與及時搶救缺血半暗帶神經(jīng)元、早期干預(yù)炎癥細胞、激活炎癥級聯(lián)反應(yīng)有關(guān)。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，與其他組相比，0-6 小時給藥導(dǎo)致感覺運動結(jié)果的最顯著改善。因此，腦卒中后7天內(nèi)及早給藥可能是治療的最佳時機。

間充質(zhì)干細胞移植治療缺血性腦卒中的細胞劑量越多越好越好嗎？

MSC的劑量越大，獲益越大嗎？

林等在小鼠MCAO后24小時靜脈內(nèi)注射1×10⁶和4×10⁶人UC-MSCs，發(fā)現(xiàn)高劑量的人UC-MSCs不會導(dǎo)致更顯著的梗塞面積減少。作者認為，這可能是由于靜脈注射大劑量的MSCs 后，大部分MSCs殘留在外周組織中，使得最終到達中樞神經(jīng)系統(tǒng)的MSCs數(shù)量沒有預(yù)期的多。

間充質(zhì)干細胞移植治療缺血性腦卒中的臨床試驗

大量臨床前數(shù)據(jù)證明了MSCs治療IS的可行性，干細胞治療的臨床應(yīng)用也值得期待。多項臨床試驗證明了MSCs治療IS的有效性和安全性。最早的臨床試驗僅包括30名受試者，其中5名受試者在急性中風(fēng)后5-7周接受了1×10⁸個MSCs^。在1年的觀察期內(nèi)，這5名患者均未報告不良事件。且這5例患者的巴塞爾指數(shù) (BI) 均有明顯改善，提示神經(jīng)功能有一定改善。

李等招募了85名嚴重缺血性腦卒中患者。在5年隨訪期間，MSC治療組累積生存率更高，改良Rankin量表（mRS）評分較低（0-3）的患者更多，且無不良反應(yīng)。

此外，Jaillard等人進行的一項隨機對照試驗。研究表明，盡管靜脈注射自體間充質(zhì)干細胞并未改善BI、mRS和2年后美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表 (NIHSS)，但促進了運動功能評分的改善。

近年來，越來越多不同的臨床試驗顯示出多元化臨床轉(zhuǎn)化的可能性。Levy等人進行的I/II期臨床試驗。首次證明單次靜脈注射同種異體BM-MSC是安全有效的。隨訪期間出現(xiàn)的15種嚴重不良反應(yīng)均與干細胞治療無關(guān)。此外，在第2階段靜脈注射150萬個細胞/千克同種異體MSC顯示BI評分和NIHSS評分有顯著改善。

鄧等進行了II期臨床試驗，首次評估鞘內(nèi)輸注同種異體BM-MSCs治療IS的安全性和有效性。59名受試者每周接受四次同種異體BM-MSC鞘內(nèi)輸注（1×10⁶細胞/公斤體重），主要是評估治療90天后的mRS評分和不良事件的發(fā)生情況。該項目仍在進行中。一些文獻也報道了修飾的MSCs治療IS的臨床試驗。

斯坦伯格等人將轉(zhuǎn)染Notch-1基因的BM-MSCsSB623細胞移植到18例慢性中風(fēng)患者腦內(nèi)；結(jié)果顯示，經(jīng)過24個月的治療后，歐洲卒中量表 (ESS) 評分、NIHSS評分、Fugl-Meyer (FM) 總分和FM運動量表評分顯著改善。有一張間充質(zhì)干細胞治療缺血性腦卒中患者的臨床試驗表（表3)。

Type of trial	Stroke type	Sample sizes	Cell type	Dose/single (S) or multiple (M)	Route	Time of adm. from stroke onset	Follow-up	Result	Reference
RCT	Acute IS	30	BM-MSCs/autologous	5 × 107/M	IV	4-5 weeks 7-9 weeks	1 year	Significant improvement in BI. No significant difference in NIHSS and MRI scan	[200]
RCT	Acute IS	85	BM-MSCs/autologous	5 × 107/M	IV	5 weeks 7 weeks	5 years	No significant side effects. Patients with mRS 0–3 significant increased	[201]
OL-PT	Chronic IS	12	BM-MSCs/autologous	0.6–1.6 × 108/S	IV	36–133 days	1 year	No side effects. Decreasing of infarct volume by>20% at 1 week	[210]
OL-PT	Subacute IS	11	BM-MSCs/autologous	85 × 106/S	IV	7–30 days	6 months	No side effects. Improvement in NIHSS, BI, and mRS	[211]
SB-CT	Acute IS	20	BM-MNCs/autologous	1.59 × 108/S	IA	5–9 days	180 days	No side effects. No significant differences in neurological function	[212]
OL-PT	Chronic IS	36	BM-MSCs/allogeneic	1.5 × 106/S	IV	>60 days	12 months	No side effects. Significant improvement in BI and NIHSS	[213]
OL-PT	Chronic IS	18	SB623 cells/allogeneic	2.5 × 106/S 5.0 × 106/S 10 × 106/S	IC	>60 days	24 months	All experienced at least 1 treatment-emergent adverse event. Significant improvements in NIHSS F-M and ESS	[205]
RCT	Subacute IS	31	BM-MNCs/autologous	1.0 × 106/S 3.0 × 106/S	IV	<2 weeks	2 years	No significant improvements in NIHSS, BI, and mRs. Significant improvements in motor function	[202]
OL-PT	Chronic IS	12	BM-MNCs/autologous	Not provided	IV	3-24 months	4 years	No side effects. Significant improvements in mBI at 156 and 208 weeks	[214]

討論

免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)保護、血管生成和神經(jīng)回路重建是間充質(zhì)干細胞治療IS的主要機制。除旁分泌外，線粒體轉(zhuǎn)移或細胞外囊泡轉(zhuǎn)移也可能是MSCs發(fā)揮作用的主要途徑，MSC-EVs可能是MSCs治療IS的有效替代策略。

間充質(zhì)干細胞治療延長了治療缺血性腦卒中的時間窗，腦卒中后7天內(nèi)早期給藥可能是治療的最佳時機。雖然應(yīng)用血管內(nèi)注射MSCs可能是IS的適當(dāng)治療方法，但可能需要更多的努力來確定潛在的不良反應(yīng)。通過鼻內(nèi)途徑遞送MSCs也可能是一種很有前途的MSCs移植方式。

此外，需要研究用MSCs治療的最佳劑量。此外，有許多不同的治療策略可以優(yōu)化MSCs的療效；研究人員應(yīng)該在這方面開展臨床試驗，以期在未來實現(xiàn)更好的臨床轉(zhuǎn)化。

未來發(fā)展方向

間充質(zhì)干細胞干預(yù)腦卒中逐漸被國家重視

近幾年來，國內(nèi)外相繼發(fā)表的研究成果不斷肯定了間充質(zhì)干細胞在干預(yù)腦卒中領(lǐng)域的潛力。間充質(zhì)干細胞用于缺血性腦卒中也吸引了大量的研究學(xué)者。僅僅在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中粗略的檢索就能檢索到191項關(guān)于間充質(zhì)干細胞用于缺血性腦卒中的研究，而這些研究也只是眾多數(shù)據(jù)庫中的冰山一角。

在國家層面，也已將干細胞干預(yù)腦卒中項目納入了“干細胞及轉(zhuǎn)化研究”重點專項計劃，并獲得了由國家財政經(jīng)費撥款的大力支持。同時，由國家藥品監(jiān)督管理局藥品審批中心數(shù)據(jù)顯示，其中用于缺血性腦卒中的間充質(zhì)干細胞新藥已經(jīng)獲得了臨床試驗?zāi)驹S可（受理號：JXSL1900126）。

結(jié)論

綜上所述，間充質(zhì)干細胞移植為缺血性腦卒中的治療提供了希望。進一步研究其作用機制，優(yōu)化其治療策略，將為間充質(zhì)干細胞治療的臨床轉(zhuǎn)化打下堅實的基礎(chǔ)。

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