缺血性脑卒中的细胞疗法：从基础到转化
原创 医学参考报 干就有未来
撰文│范杏飞 王 越 吴景文
编辑│李佳潞
审校│汤红明
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脑卒中是常见心血管疾病之一，也是世界上第二大致死和致残原因，给患者、家属及社会带来了极大负担。根据最新脑卒中流行病学调查显示，缺血性脑卒中占我国所有脑卒中亚型的69.6%，是主要的脑卒中亚型。
目前，脑卒中发生后在超急性期内静脉注射重组组织纤维蛋白溶酶原激活物和血管内血栓清除术显示出较好的治疗效应，但极其狭窄的治疗时间窗和严格的适应证及禁忌证限制了其在缺血性脑卒中的应用，未能及时治疗的患者往往留下一定程度的功能缺陷。因此探究新的治疗手段就显得十分迫切和重要。细胞疗法指将正常或生物工程改造的人体细胞移植或输入患者体内，以替代受损细胞，从而达到治疗疾病的目的。近代细胞疗法在血液性疾病治疗中趋向合法化，法国科学家多塞（JeanDausset）因研究抗原抗体在输血及组织器官移植中的作用而共同获得诺贝尔生理学或医学奖，美国医生托马斯（E.DonnallThomas）因开创骨髓移植而共同获得1990年诺贝尔生理学或医学奖。此后细胞疗法迅速发展，也让再生医学领域快速发展。目前干细胞治疗逐渐成为缺血性脑卒中领域的研究热点，并且越来越多的基础实验和临床试验也证明了其良好的治疗效果。
一、缺血性脑卒中后的组织损伤与调控机制
脑组织是全身糖代谢最活跃的器官之一，糖代谢是脑组织的主要能量来源，脑组织代谢所需的氧和葡萄糖约占全身代谢所需的20%，但脑组织重量仅占全身的2%。又因脑组织几乎自身不储备能量，当中断脑组织的能量供应后，即使在很短的时间内，也可能导致极大损伤。
缺血性脑卒中通常由单根脑血管闭塞引起，进而影响下游组织的血液和能量供给。尽管有侧支循环补偿，但往往不足以挽救整个缺血损伤区域。通常缺血脑组织可划分为两个性质不同的损伤区域：缺血核心区和半暗带——缺血核心区的血液供应不足以维持细胞存活，该区域的细胞很快发生不可逆坏死；而半暗带的血液供应虽不能维持正常神经生理功能，但也不至于造成细胞立刻坏死，如果血流恢复及时，这部分细胞最后仍可恢复正常功能。因此，目前干细胞移植的目的主要在于拯救这部分区域的细胞或通过细胞移植重建一个新的神经网络。
二、干细胞疗法的核心理念
干细胞（stem cells，SCs）是一类在特定条件下具有自我增殖和更新能力，并能分化为多种其他功能细胞的细胞。SCs有多种分类方式，根据不同发育阶段，可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞由囊胚细胞团分离，成体干细胞存在于不同成年人组织中，可分为间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞和诱导多能干细胞等；根据分化潜能，SCs可分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。用SCs治疗疾病已有很长一段历史，最典型的就是利用SCs移植治疗良性或恶性血液系统疾病，目前该技术已经相对成熟且有极大临床价值。
将SCs用于缺血性脑卒中治疗的研究近些年也取得了很大进展，大量研究表明，移植的SCs不仅可通过增殖分化重构神经网络，还可减少局部或系统炎症反应、分泌神经保护性因子、抗凋亡、支持轴突再生、促进突触形成和减少胶质瘢痕等作用，总体可概括为两类：细胞增殖分化进行细胞替换和旁观者效应。
三、缺血性脑卒中的细胞治疗干预时间窗：When
脑卒中发生后的数分钟至数小时内（急性期），往往出现三磷腺苷耗竭、钠钾钙等离子紊乱、乳酸增高、酸中毒、氧自由基堆积等。急性期后的数小时到数周内（亚急性期），常出现神经细胞凋亡、炎症细胞激活浸润、血管源性水肿及颅内压增高。以前认为在卒中发生的数月至数年（慢性期），脑组织的情况趋于稳定，但最近研究结果表明，慢性期炎症和血脑屏障渗漏会一直存在，持续对脑组织产生损害。
目前，在急性期（＜4.5h）多采用取栓术和静脉注射重组组织纤维蛋白溶酶原激活物治疗，有较好的治疗效应，治疗的目的主要是恢复闭塞的血管和拯救缺血半暗带，但据报道仅有很低比例（5%～10%）的卒中患者具备接受治疗的条件。而SCs治疗在三个阶段都能表现出良好的治疗效应，如在急性期延长缺血半暗带的时长，亚急性期抑制炎症反应，慢性期促进神经元和血管再生。
四、缺血性脑卒中细胞治疗的合适细胞类型：Who
目前已有很多SCs类型用于缺血性脑卒中治疗，如单核细胞、间充质干细胞、神经干细胞等，且都通过了临床测试，一些学者还通过基因修饰的手段增强SCs的神经保护因子和生长因子的释放。自体来源细胞（单核细胞、间充质细胞等）移植后排斥反应低，异源性SCs（间充质干细胞、神经干细胞等）更容易大规模获取和标准化生产储存。临床研究表现出从自体源性的SCs向异源性SCs转移的趋势，更多的是关注能否大规模生产以满足商业用途，但在应用于商业目的之前，安全性、效率、成本、大规模生产的可行性等因素必须考虑在内。最近有研究表明来源于同一骨髓的间充质干细胞在不同设备和培养方法下可能产生不同的功能和分子表型，说明在细胞制备过程中标准化的重要性。不同的SCs有不同的优势和缺点，目前仍缺乏比较权威的SCs横向比较，具体哪一种细胞类型有最高的收益还不是十分明确。
五、干细胞治疗缺血性脑卒中的可能机制：How
研究表明，移植的SCs可直接分化为神经细胞或血管细胞，也可定居后分化为神经前体细胞，替换缺失的组织。有体外研究表明，化学药物可诱导骨髓间充质干细胞减少其自身谱系的基因表达，增加神经相关基因的表达并促进保护因子的释放；最近也有体内研究发现，在细胞移植2个月后，缺血区域大约50%的移植细胞表现出神经表型，且SCs表现出向缺血区域迁移的趋势，说明SCs可能通过这一机制发挥作用。
旁分泌作用是SCs发挥功能的又一重要途径，包括某些细胞因子、趋化因子和外泌体等，除了抗炎和免疫调节作用，这些因子还可以介导抗凋亡和调动内源性SCs/神经前体细胞。这些因子释放到周围组织环境中，直接减缓缺血性损伤并降低局部或全身炎症反应，进而修复损伤脑细胞，同时加速原位SCs的再生。
六、缺血性脑卒中的“无细胞治疗”：细胞外囊泡治疗理念
细胞外囊泡是细胞分泌的脂质双层膜包被的纳米颗粒，包括外泌体、微囊泡等多种类型，可运输蛋白质、核酸和脂质等成分，由于其低免疫原性和可穿透血脑屏障的特性，在神经系统疾病治疗中成为新的研究热点；已有研究报道，细胞外囊泡可通过促进血管生成、神经发生和调节自噬来促进缺血性损伤的修复。
细胞外囊泡治疗相较于细胞疗法有潜在的优势：安全性高，低免疫原性，更稳定，标准化地生产、存储和运输，易穿过血脑屏障和易于工程化改造等。工程化改造后的细胞外囊泡可精准靶向病理区域，改善局部组织微环境。目前已有大量临床试验证明了细胞外囊泡在神经损伤修复中的应用，且美国ReNeuron已开发出商业化外泌体产品用于创伤修复和脑胶质瘤的治疗。基于永生化的间充质干细胞和其他大规模细胞培养技术，能够批量化生产细胞外囊泡以满足临床患者需求。除了在发病后的治疗应用，细胞外囊泡在临床风险期的预防用药和稳定康复期的维持用药较细胞疗法有积极意义。
七、总结及展望
干细胞及其衍生的细胞外囊泡等成分有望成为理想的脑卒中治疗手段，已引起了大量社会、产业关注和资源投入。但干细胞治疗脑卒中的临床应用仍有很多问题需要解决：其治疗的药效学机制尚不完全清楚、不同细胞类型及移植方式的疗效缺乏科学横向比较、最优化治疗剂量和给药时间窗、伦理问题及并发症评估预防等。因此，未来干细胞治疗脑卒中技术的发展需要从基础到转化全链条联动，基础研究单位、临床机构及产业机构协同创新研究。以临床需求和转化医学理念为导向，针对脑卒中临床诊疗的紧迫需求和临床路径，科学设计干细胞治疗技术实现路径，对干细胞及细胞外囊泡神经组织内分布特征、干细胞在神经组织内存活效率及旁分泌活性、干细胞及细胞外囊泡对神经元保护、胶质细胞活化、血管新生等神经再生过程的影响及作用机制等问题进行深入研究，以此进行系统转化研究和临床试验，逐步形成相关规范标准，从而推动干细胞治疗脑卒中技术的临床转化和广泛应用。
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作者简介
吴景文 主任医师医学博士，主任医师。现任同济大学附属东方医院功能神经科主任。发表学术论文80余篇；获得军队科技进步二等奖2项；省部级科技进步二等奖2项，三等奖3项。擅长应用立体定向、机器人、神经导航、射频、DBS等定位与微创手术技术，治疗帕金森病、特发性震颤、顽固性癫痫病、抑郁症、强迫症、精神分裂症、双相情感障碍、脑卒中后遗症、三叉神经痛等疾病，已完成3600例功能神经外科手术。自2007年开始，侧重于采用SCs治疗神经系统复杂疑难疾病的临床研究，积累了丰富的临床研究经验。目前主持《人源神经干细胞（ANGE-S004）治疗阿尔茨海默病的安全性和有效性研究》《人羊膜上皮干细胞立体定向移植治疗帕金森病的临床研究》和《自体骨髓间充质干细胞移植治疗缺血性脑卒中后期功能障碍的临床研究》项目。
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《医学参考报》干细胞与再生医学专刊
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