兒童創(chuàng )傷性腦損傷是主要死亡原因，并且由此產(chǎn)生的神經(jīng)系統后遺癥與長(cháng)期發(fā)病率相關(guān)。越來(lái)越多的研究表明干細胞療法是一種潛在的新療法。然而，仍需要做大量的工作來(lái)闡明有效干細胞療法的作用機制、干細胞療法的類(lèi)型、治療開(kāi)始的最佳時(shí)機、并行藥物治療的組合以及患者選擇標準。

《國際分子科學(xué)雜志》綜述：干細胞治療腦損傷的臨床研究進(jìn)展

近日，我國臺灣臺中榮民總醫院兒科在《國際分子科學(xué)雜志》發(fā)表了一篇名為“Stem Cell Therapy in Children with Traumatic Brain Injury”的文章，文章綜述了干細胞治療在兒科創(chuàng )傷中的作用進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述和臨床回顧。

本文將重點(diǎn)關(guān)注干細胞治療兒童腦外傷的臨床研究進(jìn)展。

干細胞

干細胞（SC）是組織和器官的基本結構單元，具有自我再生和分化成多種細胞系的獨特能力。干細胞的特征包括克隆性（通常由單個(gè)細胞產(chǎn)生）和有效性（分化成各種細胞和組織的能力）。因此，干細胞可根據提取來(lái)源和有效性進(jìn)行分類(lèi)（表1）。

干細胞療法會(huì )引發(fā)復雜的再生反應，并可能在不同的刺激和微環(huán)境下表現出不同的活性。與傳統的口服給藥途徑不同，口服進(jìn)入胃腸系統并不利于有效的干細胞治療。也有人提出了其他途徑，例如靜脈內、動(dòng)脈內、局部和鞘內注射（圖1）。

因此，在利用干細胞療法時(shí)，需要考慮多種因素，例如給藥途徑、時(shí)間和劑量；供體因素；宿主因素；離體分化；以及適當的自體或同種異體治療對于優(yōu)化治療效果至關(guān)重要。

什么是腦外傷

兒童創(chuàng )傷性腦損傷（TBI）可能導致死亡或終身殘疾。

根據持續創(chuàng )傷的性質(zhì)，創(chuàng )傷性腦損傷可分為開(kāi)放性損傷和閉合性損傷。大多數創(chuàng )傷屬于閉合性損傷。

對大腦的創(chuàng )傷性損傷包括兩個(gè)階段，可分為原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。原發(fā)性損傷是由于直接的機械力導致顱內內容物立即受損。繼發(fā)性損傷產(chǎn)生于對初始損傷的后續反應（腦血流改變和炎癥），持續數小時(shí)至數天。血管痙攣、局灶性微血管閉塞和血管損傷會(huì )改變腦血流，因為血腦屏障受到破壞，而這種屏障功能的喪失會(huì )使免疫細胞和外來(lái)元素（治療性和神經(jīng)毒性）進(jìn)入受創(chuàng )大腦。細胞毒性和血管源性腦水腫會(huì )導致顱內壓升高，進(jìn)一步損害血流；繼發(fā)性缺血會(huì )導致缺氧和神經(jīng)細胞逐漸死亡。這種腦血流破壞發(fā)生在創(chuàng )傷后24小時(shí)內，導致組織缺血。

兒童創(chuàng )傷性腦損傷最初可能表現為嘔吐、視力模糊、頭痛、定向障礙和步態(tài)異常（圖2）。

臨床表現各不相同，取決于創(chuàng )傷的嚴重程度和性質(zhì)以及患者的年齡。

小兒創(chuàng )傷性腦損傷的慢性神經(jīng)系統結果包括智力功能、信息處理、記憶、學(xué)習、執行功能以及社會(huì )和行為結果的損害。

恢復情況取決于受傷的嚴重程度、受傷后的時(shí)間以及受傷時(shí)的發(fā)育階段。共有181名兒童根據發(fā)生TBI時(shí)的年齡分為四組；這些是嬰兒期、學(xué)前班、童年中期和童年晚期。研究發(fā)現，在童年中期遭受TBI的兒童在初次受傷后2年后評估的智商分數較低。兒童嚴重TBI與智力恢復較差有關(guān)。嚴重TBI兒童的學(xué)業(yè)功能較差，執行功能得分最差；患有輕度至中度TBI的人也有一些記憶缺陷。

目前的兩階段治療包括原發(fā)性損傷的初步修復和立即后果；這些可能包括顱內出血的引流、無(wú)活性組織的清創(chuàng )和實(shí)現止血。

干細胞治療創(chuàng )傷性腦損傷

TBI治療可提高生存率；然而，仍然缺乏功能性腦恢復和盡量減少神經(jīng)系統后遺癥的臨床治療。干細胞具有防止細胞死亡的能力，并在組織重建中發(fā)揮神經(jīng)保護作用。間充質(zhì)和神經(jīng)干細胞可能作為潛在的新療法。

神經(jīng)干細胞對損傷的反應

神經(jīng)干細胞（NSCs）和神經(jīng)祖細胞（NPs）存在于未成熟大腦的發(fā)芽區。腦室下區（SVZ）由胚胎腦室區的原始神經(jīng)上皮細胞和中間祖細胞組成。神經(jīng)干細胞是多電位的，而NP是多電位、雙電位或單電位的。生成的未成熟神經(jīng)元以切向鏈的形式遷移，最終在選定的指定位置復原為細胞流。研究是在人類(lèi)和嚙齒動(dòng)物模型中進(jìn)行的。這些研究表明，在出生后的發(fā)育過(guò)程中，SVZ產(chǎn)生了六種主要的祖細胞流（表2）。高分化區具有生成神經(jīng)元的能力，但其功能主要是膠質(zhì)生成，最初生成星形膠質(zhì)細胞，后來(lái)生成少突膠質(zhì)細胞。

對損傷的神經(jīng)炎癥反應

兒科TBI后，長(cháng)期的神經(jīng)炎癥和失調會(huì )導致海馬齒狀回神經(jīng)元丟失和相關(guān)的認知缺陷。損傷后的神經(jīng)炎癥也會(huì )影響TBI的結果。這是由于神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細胞和可溶性細胞因子和趨化因子之間的相互作用。

激活的小膠質(zhì)細胞是大腦中常駐的巨噬細胞。它們在調節這種神經(jīng)炎癥過(guò)程中發(fā)揮作用。它們與神經(jīng)元的相互作用決定了分泌的趨化因子和細胞因子的特定類(lèi)型，從而決定了最終發(fā)揮的功能。

因此，在人類(lèi)TBI中，神經(jīng)自我修復的能力受到更多限制，細胞死亡更容易發(fā)生，特別是在損傷后存在高度炎癥環(huán)境的情況下。間充質(zhì)干細胞具有遷移到損傷部位、分泌抗炎蛋白和調節炎癥反應的細胞效應器的能力。因此，間充質(zhì)干細胞可能有助于這種自我限制的再生過(guò)程。

干細胞治療腦損傷的臨床研究案例

可能需要多種神經(jīng)元細胞類(lèi)型來(lái)恢復選定的中度至重度TBI患者的神經(jīng)功能。

神經(jīng)干細胞（胚胎或成體）自我更新并分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞，替代受損的神經(jīng)元并促進(jìn)受損大腦的神經(jīng)發(fā)生。這在概念上很有吸引力，但在實(shí)際臨床應用之前需要克服一些問(wèn)題。這些NSC不會(huì )遷移到交付區域之外太遠；因此，可能需要多次立體定向注射，但這仍然不能保證皮下注射到達所需的損傷部位。NSCs的獲取來(lái)源是一個(gè)倫理問(wèn)題，而且還存在移植排斥的風(fēng)險。這些因素限制了NSCs的臨床應用。

其他干細胞類(lèi)型，包括多能成體祖細胞和內皮祖細胞，也在TBI中進(jìn)行了研究。然而，它們的安全性和有效性尚無(wú)定論。

MSCs已在一些臨床研究中得到應用，顯示出更多的臨床應用前景。這些細胞是多能的，可以從骨髓、臍帶、脂肪組織、胎盤(pán)和多種組織類(lèi)型中采集。間充質(zhì)干細胞穿過(guò)血腦屏障并到達損傷部位，釋放營(yíng)養因子，包括腦源性神經(jīng)營(yíng)養因子和神經(jīng)生長(cháng)因子，招募局部祖細胞并調節適當的抗炎反應，以減少細胞死亡并有利于修復。

表3：揭示了已發(fā)表的針對TBI的臨床人體研究；這些雖然很少，但顯示出有希望的結果。

廖等人對5至14歲、GCS評分為5-8的兒童進(jìn)行了一項研究；靜脈自體骨髓單核細胞治療（劑量6×106每公斤體重的干細胞）在受傷后48小時(shí)內注射。十名兒童接受治療，十九名兒童被分配到對照組。主要結果是通過(guò)使用兒科治療強度水平量表來(lái)量化顱內壓升高的治療強度來(lái)評估的。次要結果是通過(guò)利用兒科后勤器官功能障礙評分和顱內壓監測天數來(lái)測量的。接受同步干細胞治療的兒童的顱內壓管理強度較低，從治療后24小時(shí)開(kāi)始到治療第一周內顯著(zhù)降低。

據報道，器官損傷嚴重程度降低，神經(jīng)重癥監護持續時(shí)間縮短。這項研究還表明，在急性損傷中采集自體間充質(zhì)干細胞是安全可行的。

在同一研究小組的延伸中，Cox等人進(jìn)一步證明，10名接受自體骨髓單核細胞治療的兒童在6個(gè)月的隨訪(fǎng)中獲得了良好的神經(jīng)心理和功能結果。用于評估功能結果的工具（格拉斯哥結果量表、格拉斯哥結果量表——針對兒童擴展、兒科損傷功能結果量表和適應性行為評估系統II）均顯示出顯著(zhù)改善。通過(guò)韋克斯勒智力、編碼、凹槽板、聽(tīng)力回憶和言語(yǔ)學(xué)習縮寫(xiě)量表測量，神經(jīng)心理學(xué)結果顯著(zhù)改善。磁共振成像也顯示TBI后腦組織沒(méi)有進(jìn)行性喪失。

同樣，在一項針對40名患有TBI后遺癥超過(guò)1年的成年人（20名治療患者和20名對照患者）的研究中，臍帶間充質(zhì)干細胞移植（劑量為1×107干細胞×4個(gè)療程，5至5個(gè)月） 7天）在腰椎3-4和4-5椎間隙進(jìn)行腰椎穿刺，顯示神經(jīng)功能和自我護理有所改善。在基線(xiàn)和治療后6個(gè)月進(jìn)行Fugl-Meyer評估和功能獨立測量評分；接受干細胞治療的患者在運動(dòng)功能、敏感性和平衡方面表現出顯著(zhù)改善。

田等人對97名嚴重TBI患者進(jìn)行了至少1個(gè)月的介入隊列研究。在97名入組患者中，24名患者處于持續植物人狀態(tài)，73名患者出現運動(dòng)活動(dòng)障礙。

采用鞘內給予自體骨髓干細胞(劑量1×106干細胞)。97名患者中有38名腦功能顯著(zhù)改善（p=0.007），24名持續性植物人狀態(tài)患者中有11名意識改善（p=0.024），73名精神障礙患者中有27名運動(dòng)功能改善運動(dòng)活動(dòng)（p=0.025）。年輕患者的改善更為顯著(zhù)，這可能是由于年輕患者的身體基線(xiàn)狀況更好。發(fā)現受傷后時(shí)間與治療結果之間存在負相關(guān)關(guān)系。因此，在創(chuàng )傷性腦損傷的亞急性階段盡早開(kāi)始干細胞治療可以獲得更好的結果。

所有這些研究均報告沒(méi)有重大副作用。腰椎穿刺后短暫發(fā)熱、頭暈頭痛等輕微不適均得到緩解，且無(wú)長(cháng)期影響。這些證明了間充質(zhì)干細胞療法在成人和兒童TBI患者中的安全應用。

挑戰與未來(lái)展望

間充質(zhì)干細胞所具有的特性使其成為T(mén)BI兒童潛在的臨床治療選擇（表4）。

間充質(zhì)干細胞是多能的，可以分化成多種細胞類(lèi)型，包括神經(jīng)譜系的細胞類(lèi)型。它們能夠遷移到目標損傷部位，這主要是由各種趨化因子促進(jìn)的，其中最有效的影響來(lái)自血小板源性生長(cháng)因子-AB (PDGF-AB) 和胰島素樣生長(cháng)因子1 (IGF-1) ）。針對TBI，MSC能夠利用上述機制穿過(guò)血腦屏障（BBB）。

此外，其他遷移方式包括穿過(guò)腦微血管內皮細胞之間短暫形成的內皮間隙。還描述了通過(guò)質(zhì)足侵入局部組織。間充質(zhì)干細胞和分泌的細胞因子促進(jìn)受損組織的再生，刺激受損部位存活的內源性神經(jīng)干細胞的增殖、遷移和分化。間充質(zhì)干細胞還具有免疫抑制特性；這也可能有助于最大限度地減少TBI相關(guān)繼發(fā)性損傷的不利影響。

最近越來(lái)越多的研究也揭示了間充質(zhì)干細胞治療在各種其他兒科疾病中的可行臨床應用。這包括骨髓間充質(zhì)干細胞在治療骨疾病中的應用，例如成骨不全、移植物抗宿主病、溶酶體貯積癥和脊髓性肌萎縮癥。臍帶間充質(zhì)干細胞還應用于支氣管肺發(fā)育不良、腦癱和自閉癥譜系障礙患者。

間充質(zhì)干細胞治療對于TBI兒童來(lái)說(shuō)是一種安全可行的治療選擇。圖3提出了MSC治療的簡(jiǎn)要流程圖。

這是一個(gè)基本流程圖，展示了間充質(zhì)干細胞療法在患有創(chuàng )傷性腦損傷的患者中的臨床應用。治療可以在急性和慢性情況下開(kāi)始。在收獲、處理、制備和輸注間充質(zhì)干細胞后，對患者的臨床結果和不良副作用進(jìn)行監測。

在設計MSC治療模型時(shí)，需要考慮各種問(wèn)題（表4）。間充質(zhì)細胞有多種來(lái)源；自體骨髓和臍帶血SC是最近臨床試驗中最常用的細胞類(lèi)型。使用自體干細胞可以避免移植排斥的可能性。在腦損傷急性期采集SCs是可行且安全的。目前報道的MSC給藥途徑可以是靜脈內和鞘內。鞘內注射可能與局部組織損傷有關(guān)，而靜脈注射可能導致細胞被截留在遠離損傷的區域。靜脈途徑的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)創(chuàng )，但并非所有輸注的細胞都能到達損傷部位。

關(guān)于干細胞衍生的分泌體和外泌體在TBI中的應用進(jìn)行了最新研究。分泌組由細胞因子、趨化因子、生長(cháng)因子、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸、代謝物和細胞外囊泡組成。源自MSC的分泌組在TBI中顯示出有希望的保護作用，表明未來(lái)治療探索的潛力。

結論

在從動(dòng)物到臨床人類(lèi)TBI研究的橋梁中，可以安全有效地設計MSC治療模型。兒童正在發(fā)育的大腦特別脆弱，創(chuàng )傷性腦損傷可能會(huì )導致慢性或延遲性不良神經(jīng)系統后果。間充質(zhì)干細胞療法可用于急性和慢性環(huán)境，幫助神經(jīng)再生，調節神經(jīng)炎癥反應并減少長(cháng)期殘疾。

間充質(zhì)干細胞療法在兒童腦損傷中的雙重作用具有巨大潛力，值得進(jìn)一步的臨床研究。間充質(zhì)來(lái)源的分泌體和外泌體在腦損傷治療中的新的、令人興奮的積極作用也需要進(jìn)一步的研究。

參考資料：Lin, Wen-Ya, Kang-Hsi Wu, Chun-Yu Chen, Bei-Cyuan Guo, Yu-Jun Chang, Tai-An Lee, Mao-Jen Lin, and Han-Ping Wu. 2023. “Stem Cell Therapy in Children with Traumatic Brain Injury” International Journal of Molecular Sciences 24, no. 19: 14706. https://doi.org/10.3390/ijms241914706

免責說(shuō)明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業(yè)觀(guān)點(diǎn)，不構成任何臨床診斷建議！杭吉干細胞所發(fā)布的信息不能替代醫生或藥劑師的專(zhuān)業(yè)建議。如有版權等疑問(wèn)，請隨時(shí)聯(lián)系我。