前言：由于成年哺乳動(dòng)物大腦的自我修復和再生能力有限，以不可逆的細胞損傷為特征的神經(jīng)系統疾病，特別是神經(jīng)退行性疾病和中風(fēng)，通常被認為是難治性疾病。

神經(jīng)干細胞（NSC）因其自我更新和形成不同神經(jīng)譜系細胞（如神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞）的能力，在神經(jīng)系統疾病的治療中發(fā)揮著(zhù)獨特的作用。隨著(zhù)對神經(jīng)發(fā)育認識的不斷深入和干細胞技術(shù)的進(jìn)步，可以從不同來(lái)源獲得神經(jīng)干細胞，并定向分化為特定的神經(jīng)譜系細胞表型，使得替代某些神經(jīng)系統疾病中丟失的特定細胞成為可能，這提供了新的途徑。

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同濟醫院：神經(jīng)干細胞成為神經(jīng)退行性疾病和中風(fēng)的新療法

近日，華中科技大學(xué)同濟醫學(xué)院附屬同濟醫院神經(jīng)內科聯(lián)合武漢大學(xué)基礎醫學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室對神經(jīng)干細胞移植治療神經(jīng)退行性疾病和缺血性中風(fēng)進(jìn)行了新研究。

研究結果發(fā)表在《自然》子刊“cell death discovery”上，文章證實(shí)了

• 不同來(lái)源的神經(jīng)干細胞可以在體外被誘導分化為成熟且有功能的神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細胞。
• 移植預分化神經(jīng)干細胞可以分化成熟為特定類(lèi)型的細胞，促進(jìn)神經(jīng)退行性疾病或中風(fēng)模型的恢復。
• 目前，來(lái)自人類(lèi)胚胎干細胞的多巴胺能神經(jīng)元經(jīng)過(guò)神經(jīng)干細胞階段，正在帕金森病患者的臨床試驗中進(jìn)行測試。

在本綜述中，我們總結了體外誘導不同來(lái)源的神經(jīng)干細胞分化的策略。然后，我們概述了移植的預處理 神經(jīng)干細胞在帕金森病和缺血性中風(fēng)模型中的功能改善和潛在機制。此外，我們還討論了定向誘導神經(jīng)干細胞在神經(jīng)系統疾病和缺血性中風(fēng)的臨床轉化中的局限性。

開(kāi)放式問(wèn)題

• 對于神經(jīng)退行性疾病或中風(fēng)，哪種神經(jīng)干細胞來(lái)源和哪種定向分化方法將使移植細胞符合良好生產(chǎn)規范指南？

• 移植神經(jīng)干細胞分化的最佳時(shí)間窗是多少？
• 移植的預分化神經(jīng)干細胞的細胞替代的潛在機制是什么？

什么是神經(jīng)退行性疾??？

神經(jīng)退行性疾?。∟D）是一組以神經(jīng)元結構或功能逐漸喪失為特征的疾病，包括帕金森?。≒D）、阿爾茨海默?。ˋD）、肌萎縮性側索硬化癥（ALS）和亨廷頓?。℉D）等。這些疾病不僅對患者的生命構成威脅，還給家庭和社會(huì )帶來(lái)沉重的經(jīng)濟負擔。目前，針對ND的治療主要集中在緩解癥狀和延緩病程，但無(wú)法實(shí)現治愈。

神經(jīng)干細胞移植通過(guò)神經(jīng)修復與再生治療成為神經(jīng)系統疾病的理想方法

神經(jīng)修復再生療法是治療神經(jīng)系統疾病的理想方法，其中神經(jīng)干細胞（NSCS）移植策略在ND治療中引起了越來(lái)越多的關(guān)注。

神經(jīng)干細胞是一類(lèi)多能細胞，具有強大的自我更新能力和分化為各種中樞神經(jīng)系統（CNS）神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞類(lèi)型的能力。神經(jīng)干細胞移植在多種病理條件下已被證實(shí)，例如癲癇、MS、缺血性中風(fēng)和AD?；贜SC的療法已在許多ND和缺血性中風(fēng)的嚙齒動(dòng)物模型中得到實(shí)施，一些研究提出了NSC改善疾病的潛在機制，包括神經(jīng)炎癥抑制、神經(jīng)元替代、免疫調節和神經(jīng)營(yíng)養支持，從而促進(jìn)ND和中風(fēng)模型的恢復。

神經(jīng)干細胞移植策略作為再生醫學(xué)的一種，在NDs的治療中受到越來(lái)越多的關(guān)注。此外，隨著(zhù)干細胞領(lǐng)域的進(jìn)步，用于移植的NSCs來(lái)源已從最初的直接分離腦組織擴展到多能干細胞（PSCs）的分化和體細胞的轉分化。迄今為止，基于NSC的療法已在許多ND和缺血性中風(fēng)的嚙齒動(dòng)物模型中實(shí)施，并且一些研究提出了解釋NSC改善疾病作用的潛在機制，包括神經(jīng)炎癥抑制、神經(jīng)元替代、免疫調節和神經(jīng)營(yíng)養支持，從而促進(jìn)ND和中風(fēng)模型的恢復。

然而，直接移植NSC面臨低存活率和不合理分化的挑戰。在ND和缺血性中風(fēng)中，中樞神經(jīng)系統先天免疫細胞的慢性或急性激活可以觀(guān)察到，神經(jīng)炎癥反應誘導的宿主微環(huán)境可能在移植NSC的存活和分化中起著(zhù)關(guān)鍵作用。此外，參與炎癥途徑的自噬已被證明可以調節移植NSC的分化。因此，炎癥反應可能會(huì )對移植NSC參與功能恢復的能力產(chǎn)生不利影響。

為了克服直接移植NSC的局限性，并考慮到某些ND具有特定細胞類(lèi)型丟失的病理特點(diǎn)，人們致力于探索移植前操控NSC命運以控制終末譜系從而替代ND丟失細胞的可行性。通過(guò)化學(xué)定義系統或異位過(guò)表達關(guān)鍵的譜系特異性轉錄因子，不同來(lái)源的NSC可以在體外定向分化為特定類(lèi)型的神經(jīng)譜系細胞，如DA能神經(jīng)元、GABA能神經(jīng)元、膽堿能運動(dòng)神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞、谷氨酸能神經(jīng)元等。隨后的研究已經(jīng)進(jìn)行了預分化細胞的體內移植，以探討其在神經(jīng)系統疾病中的治療作用（圖1）。

不同來(lái)源神經(jīng)干細胞體外定向分化

神經(jīng)干細胞（NSC）的獲取可以通過(guò)三種不同的方式實(shí)現：從原代中樞神經(jīng)系統（CNS）組織直接提取、從多能干細胞（PSC）分化以及從體細胞轉分化（圖2）。以下是這三種方法的詳細說(shuō)明：

從原代CNS組織直接提取NSC：

• NSC在發(fā)育中的大腦中廣泛存在，而在成年哺乳動(dòng)物的大腦中，它們主要位于海馬的顆粒下區、腦室下區以及整個(gè)腦室系統的多個(gè)部位。從這些區域可以分離出NSC，這些細胞具有自我更新和多向分化潛能。

PSC分化為NSC：

• PSC，包括胚胎干細胞（ESC）和誘導性多能干細胞（iPSC），可以通過(guò)體外誘導分化為NSC。主要有兩種方法：胚狀體（EB）形成和貼壁單層培養。
• 神經(jīng)分化過(guò)程是多步驟的，首先通過(guò)去除促進(jìn)自我更新的介質(zhì)來(lái)觸發(fā)向所有三個(gè)胚層分化，隨后抑制胚外和中胚層內胚層分化，并在無(wú)血清培養基中培養細胞以利于神經(jīng)分化。
• 雙重SMAD抑制（同時(shí)抑制轉化生長(cháng)因子β和BMP信號通路）可降低培養變異性并提高神經(jīng)誘導效率。
• PSC的神經(jīng)誘導也可以通過(guò)與基質(zhì)細胞飼養層共培養來(lái)實(shí)現，這可以為限制PSC向神經(jīng)譜系的命運提供線(xiàn)索。

從體細胞轉分化為NSC：

• 誘導性NSC可以直接從體細胞（如外周血單核細胞（PBMNC）、成纖維細胞和其他細胞類(lèi)型）重編程。
• 這種轉分化技術(shù)允許從患者自身的體細胞中生成NSC，這對于個(gè)性化醫療和避免免疫排斥反應具有重要意義。

不同來(lái)源的NSC可以被誘導分化為所需的神經(jīng)譜系細胞，這為研究和治療神經(jīng)系統疾病提供了多種可能性。每種方法都有其獨特的優(yōu)勢和挑戰，選擇合適的方法取決于具體的應用需求和研究目標。

目前，NSCs可通過(guò)三種途徑獲得：1）從原代中樞神經(jīng)系統組織中分離，主要包括成人和胎兒的腦組織；2）通過(guò)EB形成或單層培養從多能干細胞（iPSC和ESC）分化，雙重SMAD抑制可以促進(jìn)神經(jīng)誘導過(guò)程；3）由體細胞轉分化，如血細胞和成纖維細胞。CNS中樞神經(jīng)系統、EB胚狀體、ESC胚胎干細胞、IPSC誘導多能干細胞。

了解神經(jīng)系統的自然發(fā)育對于操控神經(jīng)干細胞（NSC）的定向分化至關(guān)重要。在胚胎發(fā)育過(guò)程中，神經(jīng)管沿背腹軸和前后軸經(jīng)歷精確的模式化過(guò)程，這一過(guò)程由組織者（即釋放模式化分子來(lái)調節NSC命運的小細胞群）調控。以下是一些關(guān)鍵點(diǎn)，概述了這一過(guò)程和相關(guān)的模式化分子：

模式化分子的作用：

• 成纖維細胞生長(cháng)因子（FGF）、無(wú)翅型MMTV整合位點(diǎn)家族（WNT）和視黃酸（RA）參與前后模式化。
• WNT、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）和音猬因子（SHH）影響背腹模式。

形態(tài)發(fā)生素梯度：

• 形態(tài)發(fā)生素的梯度可以調節定義轉錄代碼的內在信號通路。

體外誘導NSC分化的方法：

• 化學(xué)定義系統：通過(guò)模仿體內神經(jīng)發(fā)育的區域模式原理，在體外誘導不同來(lái)源的NSC分化。
• 內在轉錄因子介導的方法：通過(guò)該方法可以產(chǎn)生所需的神經(jīng)譜系細胞類(lèi)型，例如多巴胺能（DA）神經(jīng)元、中腦棘狀γ-氨基丁酸介導（MSN）神經(jīng)元、膽堿能運動(dòng)神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞和皮質(zhì)谷氨酸能神經(jīng)元。

神經(jīng)誘導過(guò)程：

• PSCs（包括ESCs和iPSCs）的神經(jīng)分化過(guò)程是多步驟的，首先通過(guò)去除促進(jìn)自我更新的介質(zhì)來(lái)觸發(fā)向所有三個(gè)胚層分化，隨后抑制胚外和中胚層內胚層分化，并在無(wú)血清培養基中培養細胞以利于神經(jīng)分化。
• 雙重SMAD抑制（同時(shí)抑制轉化生長(cháng)因子β和BMP信號通路）可降低培養變異性并提高神經(jīng)誘導效率。

神經(jīng)誘導的相似性：

• 這兩種人類(lèi)PSC的神經(jīng)誘導方法與體內神經(jīng)誘導過(guò)程非常相似，從而產(chǎn)生具有背前腦身份的NSC。

共培養方法：

• PSC的神經(jīng)誘導也可以通過(guò)與基質(zhì)細胞飼養層共培養來(lái)實(shí)現，這可以為限制PSC向神經(jīng)譜系的命運提供線(xiàn)索。

到目前為止，已開(kāi)發(fā)出兩種主要的誘導分化方法：化學(xué)定義系統和內在轉錄因子介導的方法，通過(guò)該方法可以產(chǎn)生所需的神經(jīng)譜系細胞類(lèi)型，例如 DA 能神經(jīng)元、MSN、膽堿能運動(dòng)神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞和皮質(zhì)谷氨酸能神經(jīng)元（圖3)。

神經(jīng)干細胞誘導定向分化在神經(jīng)系統疾病模型中的治療潛力

目前涉及的主要神經(jīng)疾病模型包括PD、HD、MS、ALS和缺血性中風(fēng)。在這里，我們主要概述了NSCs衍生的特定表型在慢性神經(jīng)退行性疾病PD和急性神經(jīng)退行性缺血性中風(fēng)中的治療潛力。

帕金森病

帕金森?。≒D）是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，病理特征是黑質(zhì)緊密層的DA能神經(jīng)元變性，隨后支配紋狀體的DA能軸突末梢丟失，導致運動(dòng)障礙。

目前，PD的主要治療方法是多巴胺替代療法。然而，它只能緩解PD的癥狀而不能延緩PD的進(jìn)展。關(guān)于體外靶向分化VM DAergic神經(jīng)元的成功，一些研究已將這些細胞移植到不同的PD模型中，以觀(guān)察它們在行為、細胞和分子水平上的治療效果。

上述大多數研究將預分化的NSC植入6-OHDA或MPTP誘導的PD模型的紋狀體中，導致感覺(jué)運動(dòng)改善，例如自發(fā)活動(dòng)增加和轉圈行為減少?？紤]到放置在黑質(zhì)中的VM組織移植物無(wú)法將軸突延伸足夠長(cháng)以到達其目標區域紋狀體以形成復雜的神經(jīng)回路，因此考慮異位植入。植入后，其中一些經(jīng)過(guò)預處理的NSC可以在PD動(dòng)物模型中存活，并表現出黑質(zhì)DAergic神經(jīng)元的表型，多巴胺水平增加。

• 延申閱讀：拜耳表示神經(jīng)元干細胞療法治療帕金森?。菏讉€(gè)1期臨床試驗取得積極結果

因此，目前的研究表明，異位和同位移植的VMDA神經(jīng)元都可以進(jìn)行突觸前和突觸后整合，并且很自然地假設重建的功能性黑質(zhì)-紋狀體回路導致PD模型中的運動(dòng)恢復。

除了移植位置，DA能神經(jīng)元分化的最佳移植時(shí)間窗對黑質(zhì)-紋狀體回路的重建也很重要。以VM組織為供體，移植時(shí)供體細胞的成熟度顯著(zhù)影響移植物的組成和功能結果。具體來(lái)說(shuō)，在DA神經(jīng)發(fā)生高峰期（胚胎第12天）之前分離的供體組織在移植物中產(chǎn)生更多的DA能神經(jīng)元，這歸因于植入時(shí)DA神經(jīng)母細胞存活和增殖增加。

缺血性中風(fēng)

缺血性中風(fēng)是一種嚴重的腦血管事件，雖然它不是一種神經(jīng)退行性疾病，但它會(huì )導致梗死區域的病理性細胞死亡，包括不同類(lèi)型的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞。

目前，缺血性中風(fēng)的治療手段相對有限，主要包括血管內手術(shù)（血栓切除術(shù)）和靜脈注射阿替普酶（血栓溶解）以恢復血流。然而，這些治療方法存在一定的局限性，如治療窗窄、存在禁忌癥、療效低以及再灌注損傷等問(wèn)題，導致只有少數患者能夠從中受益。

近年來(lái)，細胞替代療法在缺血性中風(fēng)治療中顯示出潛力。一些研究針對缺血性中風(fēng)中丟失的不同細胞類(lèi)型，通過(guò)移植特定細胞來(lái)重建受損的神經(jīng)回路。

• 例如，一項臨床和影像學(xué)研究顯示，卒中患者癥狀最嚴重時(shí)受損細胞的分布往往不在紋狀體中，這表明細胞替換策略應強調重建受損的皮質(zhì)而不是紋狀體。研究將來(lái)自PSCs的具有皮質(zhì)谷氨酸能表型的祖細胞植入缺血性卒中大鼠模型的皮質(zhì)中，發(fā)現這些細胞在移植后可以減輕感覺(jué)運動(dòng)障礙。

此外，移植細胞能夠從丘腦皮質(zhì)接收突觸輸入，并能夠根據生理感覺(jué)刺激調節自身活動(dòng)，表明功能回路重建是移植后晚期時(shí)間點(diǎn)運動(dòng)功能恢復的原因。

除了感覺(jué)運動(dòng)功能障礙外，大多數中風(fēng)幸存者還患有認知障礙，這可能與少突膠質(zhì)細胞死亡導致的腦白質(zhì)脫髓鞘有關(guān)。

• 徐等人提出了一種兩步方案，可從iPSC中穩定、快速地獲得NG2陽(yáng)性OPC，將OPCs移植到缺血大鼠的腦室后發(fā)現，這些細胞可以通過(guò)抑制炎癥和免疫反應來(lái)保護宿主神經(jīng)元在缺血環(huán)境下免于死亡。此外，這些細胞通過(guò)促進(jìn)缺血性中風(fēng)大鼠的髓鞘再生過(guò)程，在一定程度上挽救了學(xué)習和記憶喪失。

綜上所述，干細胞治療缺血性中風(fēng)的研究進(jìn)展顯示，基于干細胞的療法可以改善缺血性中風(fēng)患者的神經(jīng)功能缺陷和日常生活活動(dòng)能力。這些研究為缺血性中風(fēng)的治療提供了新的視角和潛在的治療策略。隨著(zhù)臨床試驗的進(jìn)行和科學(xué)研究的深入，未來(lái)可能會(huì )有更多有效的治療方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)，以改善患者的生活質(zhì)量和預后。

討論和未來(lái)方向

根據您提供的背景信息和搜索結果，我們可以討論以下幾個(gè)關(guān)于神經(jīng)退行性疾病治療和未來(lái)方向的關(guān)鍵點(diǎn)：

靶向分化方案的優(yōu)化：目前，外部培養系統正逐漸從最初的共培養或使用定義不明確的異種因子轉向完全化學(xué)定義和無(wú)異種因子的條件，這有利于建立更穩健的分化方案。這意味著(zhù)未來(lái)的研究將更加注重創(chuàng )建一個(gè)清晰和可控的環(huán)境，以促進(jìn)神經(jīng)干細胞（NSC）的定向分化。

形態(tài)發(fā)生素、生長(cháng)因子和小分子的使用：進(jìn)一步探索這些因子在濃度、順序和持續時(shí)間方面的使用對于優(yōu)化NSC的分化至關(guān)重要。這些因素對于實(shí)現分化細胞的充分成熟和長(cháng)期表型的維持非常關(guān)鍵。

表觀(guān)遺傳機制的調控：越來(lái)越多的研究表明表觀(guān)遺傳機制可以調控神經(jīng)分化中各種發(fā)育信號通路的激活和抑制之間的相互作用。例如，精細地調節遺傳程序以協(xié)調不同的神經(jīng)譜系分化。

RNA干擾技術(shù)的應用：隨著(zhù)RNA干擾技術(shù)的進(jìn)展，它們也可以用于指導NSCs的靶向分化。

三維誘導和生物材料的應用：利用生物材料進(jìn)行三維誘導以有效控制干細胞的命運越來(lái)越受到重視。

導電聚合物和電刺激的應用：導電聚合物已被證明可以在體外通過(guò)電刺激誘導神經(jīng)干細胞定向分化。

移植細胞的病理性生長(cháng)的解決策略：人們正在積極采取多種策略來(lái)解決各種來(lái)源的移植細胞可能出現的病理性生長(cháng)，如利用細胞分選技術(shù)在移植前去除脫靶污染細胞類(lèi)型或轉導配體激活的自殺基因以在體內消融增殖細胞。

誘導神經(jīng)元（iN）技術(shù)的發(fā)展：直接對體細胞進(jìn)行重編程以獲得功能性神經(jīng)元已成為可能。然而，iN方法將體細胞直接轉化為非分裂神經(jīng)元，而不是命運定向的神經(jīng)元祖細胞，這些非分裂神經(jīng)元移植后往往難以在宿主腦中存活，整合也較差。

細胞移植策略的個(gè)性化：在進(jìn)行供體細胞移植前應充分考慮不同神經(jīng)系統疾病所呈現的具體病理狀態(tài)，這可能在一定程度上影響細胞移植策略。

除了移植定向誘導的神經(jīng)干細胞外，體內細胞重編程和神經(jīng)膠質(zhì)細胞原位轉化為功能性新神經(jīng)元：這是一種很有前途的神經(jīng)再生策略。

基因工程改造的干細胞：移植的外源性干細胞可以通過(guò)基因工程穩定地產(chǎn)生生長(cháng)因子，支持修復功能失調的內源性神經(jīng)元。

臨床前研究和臨床試驗的進(jìn)展：近期的臨床前研究已證明源自PSC的DAergic神經(jīng)元的安全性和有效性?；谶@些有希望的結果，不同國家正在進(jìn)行臨床試驗。

這些方向展示了神經(jīng)退行性疾病治療領(lǐng)域的廣泛研究和未來(lái)潛力，特別是在干細胞療法和基因編輯技術(shù)方面。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和臨床試驗的開(kāi)展，我們有望在未來(lái)看到更多有效的治療方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

參考資料：Nie, L., Yao, D., Chen, S. et al. Directional induction of neural stem cells, a new therapy for neurodegenerative diseases and ischemic stroke. Cell Death Discov. 9, 215 (2023). https://doi.org/10.1038/s41420-023-01532-9

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