每年，全世界有 93 萬(wàn)人遭受脊髓損傷 (SCI) 并留下無(wú)法挽回的后遺癥?？祻褪悄壳拔ㄒ豢捎玫闹委煼椒?，不能恢復受損組織；因此，患者的功能恢復仍然有限。脊髓損傷的病理生理學(xué)是異質(zhì)的，這意味著(zhù)潛在的治療目標因損傷發(fā)作時(shí)間、損傷程度或脊髓損傷水平而異。

近年來(lái)，盡管基于各種類(lèi)型的干細胞進(jìn)行了大量臨床試驗，但并未有效考慮這些方面的損傷，導致試驗結果困難重重。在癌癥等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，基于患者特征的精準醫學(xué)帶來(lái)了無(wú)可爭辯的治療進(jìn)步。

本綜述的目的是促進(jìn)脊髓損傷領(lǐng)域精準醫學(xué)的發(fā)展。在這里，我們首先描述脊髓損傷的分類(lèi)、慢性期的特征和完全損傷的亞型。然后，我們詳細介紹了針對每種病理狀況的不同類(lèi)型的干細胞療法的適當目標和相關(guān)機制。最后，我們強調了干細胞治療在頸椎脊髓損傷中的巨大潛力。

干細胞療法與脊髓損傷

SCI 的病理生理學(xué)很復雜，涉及多種細胞類(lèi)型之間復雜的動(dòng)態(tài)相互作用，不能用一維方法治療，即那些依賴(lài)單一作用機制的方法。由于具有復制、分化成多種細胞類(lèi)型和分泌大量營(yíng)養因子的能力，干細胞非常適合治療脊髓損傷的多方面病理生理學(xué)。、

SCI 的干細胞療法可大致分為兩類(lèi)。第一類(lèi)涉及非神經(jīng)干細胞，包括骨髓間充質(zhì)干細胞 (BM-MSC)、臍帶間充質(zhì)干細胞 (UC-MSC) 和脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細胞 (AD-?MSC?)?。常采用靜脈/鞘內給藥，植入到受傷區域取決于歸巢機制，分化成神經(jīng)細胞受到限制，因此病灶的神經(jīng)補充也受到限制。然而，MSCs分泌的神經(jīng)營(yíng)養因子已被證明對病變具有治療作用。這類(lèi)使用各種類(lèi)型的 MSC 的干細胞療法，我們將在本綜述中稱(chēng)為支持性干細胞療法，構成了SCI領(lǐng)域的絕大多數臨床試驗或研究。與神經(jīng)干細胞相比，MSC 通常易于分離制備，這一事實(shí)在監管程序中具有巨大優(yōu)勢。

第二類(lèi)干細胞療法基于可以產(chǎn)生神經(jīng)細胞的干細胞。嗅鞘細胞(?OEC?)?、神經(jīng)干祖細胞(?NSPC?)?和源自胚胎干細胞或誘導多能干細胞的神經(jīng)祖細胞(?NPC）通常直接移植到受傷的脊髓中.?在該策略中，移植過(guò)程是侵入性的特殊手術(shù)，細胞的制備通常需要復雜的過(guò)程。另一方面，植入是移植細胞的預期命運，取代丟失的神經(jīng)細胞并最終在功能上替代它們。在這篇綜述中，這種策略將被稱(chēng)為負荷療法。

脊髓損傷的分類(lèi)

( A ) 殘留功能組織的不完全損傷。通過(guò)常規治療有望康復。

( B ) 假性完全損傷。無(wú)功能但可重新激活的組織（淺棕色）延伸穿過(guò)脊髓，打破了頭尾功能連續性。傳統治療很難恢復。通過(guò)促進(jìn)軸突伸長(cháng)和促進(jìn)可再激活組織中的神經(jīng)活動(dòng)，可以預期功能恢復。

( C ) 真正的完全傷害。無(wú)神經(jīng)組織（灰色）橫跨整個(gè)脊髓，在頭端或尾端對周?chē)稍偌せ罱M織的治療無(wú)法提供功能性顱骨連接。

干細胞移植治療脊髓損傷的作用機制

神經(jīng)保護作用

干細胞能夠分泌許多神經(jīng)營(yíng)養因子，如腦源性神經(jīng)營(yíng)養因子、 膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營(yíng)養因子、神經(jīng)生長(cháng)因子和堿性成纖維細胞生長(cháng)因子等，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用，包括減少神經(jīng)變性和凋亡，支持神經(jīng)發(fā)生、軸突生長(cháng)、髓鞘再生和細胞代謝等。當干細胞分泌神經(jīng)營(yíng)養因子功能受損時(shí)，對脊髓損傷的神經(jīng)保護作用降低。

減輕神經(jīng)營(yíng)養因子

干細胞分泌的神經(jīng)營(yíng)養因子發(fā)揮神經(jīng)保護和抗炎作用。在這方面，最佳移植窗口是在急性和亞急性期，此時(shí)細胞死亡和炎癥最嚴重。由于神經(jīng)保護和抗炎作用在移植后很快開(kāi)始，因此在亞急性期干細胞移植后通常會(huì )迅速觀(guān)察到實(shí)驗動(dòng)物運動(dòng)功能的改善。

因此，免疫染色分析表明，移植的神經(jīng)干細胞減少了病變區域嗜中性粒細胞和 iNOS+/MAC-2+激活的巨噬細胞的積累。RT-PCR分析也證實(shí)了在這種情況下炎癥細胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-12的下調。這表明移植細胞通過(guò)抑制損傷部位周?chē)装Y引起的繼發(fā)性損傷來(lái)促進(jìn)脊髓損傷后的功能恢復。骨髓間充質(zhì)干細胞也被證明可以通過(guò)分泌神經(jīng)營(yíng)養因子的神經(jīng)保護機制和穩定血脊髓屏障，來(lái)改善SCI后的功能。因此，支持性干細胞療法和負荷干細胞療法中神經(jīng)營(yíng)養因子分泌的緩解作用似乎是一種強大的作用機制，尤其是在SCI后的急性和亞急性期。

調節神經(jīng)營(yíng)養因子

除了在急性和亞急性期抑制炎癥和神經(jīng)保護外，神經(jīng)干細胞分泌的神經(jīng)營(yíng)養因子對神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞具有持續的積極作用，例如，激活損傷周?chē)鷼埩舻目稍偌せ罱M織，從而將由于長(cháng)期增強而穩定地發(fā)揮作用。

髓鞘再生

髓鞘再生促進(jìn)療法的前提是殘余脫髓鞘和功能失調的神經(jīng)纖維的功能可以通過(guò)髓鞘再生得到恢復。在支持性干細胞治療的背景下，這種髓鞘再生策略需要功能性少突膠質(zhì)細胞仍然存在。作為一種作用機制，髓鞘再生相對較慢，因為成熟的髓鞘包裹軸突的形成被認為至少需要三周。在加載干細胞療法的情況下，必需的少突膠質(zhì)細胞源自移植的干細胞，這意味著(zhù)移植細胞分化成成熟的少突膠質(zhì)細胞需要額外的時(shí)間。

中繼機制

關(guān)于負荷干細胞治療，所謂的中繼機制是最有前途的機制，但也是最難實(shí)施的機制。例如，在運動(dòng)功能的情況下，存活的上層神經(jīng)元的軸突和來(lái)自移植細胞的神經(jīng)元必須首先形成突觸。然后，這些連接的移植物神經(jīng)元必須向尾部延伸軸突并與前角神經(jīng)元和/或運動(dòng)相關(guān)的中間神經(jīng)元形成突觸?？紤]到這種再生方案的復雜性，完整的概念證明仍有待建立也就不足為奇了。

頸脊髓損傷的特異性

有很多原因可以解釋關(guān)于治療頸脊髓損傷的臨床相關(guān)報告的稀缺性：評估上肢功能的困難、呼吸障礙、脊髓休克，以及處理四肢癱瘓的復雜性，與倫理和護理問(wèn)題相關(guān)。然而，頸脊髓損傷占脊髓損傷的60%并代表更嚴重的臨床狀況，因為它們會(huì )影響上肢和下肢。在脊髓損傷中，社會(huì )對治療的需求最高的是頸脊髓損傷。同時(shí)，在頸髓中，上肢受神經(jīng)支配的肌肉在每個(gè)髓段上分離得比較清楚。此外，由于上肢比下肢具有更多功能，ADL完全不同，具體取決于殘疾程度（圖2A）。例如，如果功能范圍擴展到C6，則可以駕駛汽車(chē)。頸脊髓的分段功能化是最有希望的目標，因為重要的治療結果，例如臨床試驗中的ADL，可以通過(guò)相關(guān)髓段的輕微移動(dòng)來(lái)實(shí)現。

( A ) 不同程度頸脊髓損傷的預期日常生活活動(dòng) (ADL) 子類(lèi)別。與胸椎和腰椎損傷不同，脊柱損傷水平的細微差異會(huì )增加獨立的 ADL。

( B ) 真正的完全性頸髓損傷。神經(jīng)區穿過(guò)脊髓（灰色），但它周?chē)目稍偌せ罱M織（淺棕色）仍然存在。隨著(zhù)可重新激活的組織因干細胞治療而變得有功能，患者的ADL有望增加。

我們已經(jīng)提到假完全損傷的存在，其中一些無(wú)功能但可重新激活的組織仍然存在，即使在功能完全損傷中也是如此。頸脊髓損傷包括不完全性損傷、假性完全性損傷和真性完全性損傷。如前所述，在不完全性和假性完全性損傷中，干細胞治療的機制預計主要涉及組織再激活神經(jīng)營(yíng)養因子。例如，在MRI上觀(guān)察到殘留組織的ASIAA級患者，即對應于假性完全損傷，通過(guò)施用BM-MSCs改善了受傷尾側的功能。當考慮真正的胸腰椎脊髓完全損傷時(shí)，病變處沒(méi)有神經(jīng)組織，干細胞治療的功能恢復完全取決于中繼機制。相比之下，在真正的頸髓完全損傷中，功能性髓質(zhì)水平預計會(huì )通過(guò)使損傷顱側的可再激活組織功能化而擴大，這將直接導致ADL改善（圖2B）。

對于真正的完全損傷的再生治療，通常的目標是恢復損傷尾側的功能。然而，在頸髓真正完全損傷的情況下，應以適當的主要目標評估臨床試驗的成功，例如損傷顱側功能水平的擴展和伴隨的ADL增加。

與改良康復相結合

已經(jīng)針對SCI進(jìn)行了多項臨床試驗，但迄今為止，只有與康復相關(guān)的試驗取得了有益的結果。關(guān)于與干細胞療法聯(lián)合治療的比較臨床報告很少，因為在沒(méi)有康復的情況下治療SCI患者在倫理上是困難的。作為一項實(shí)驗研究，據報道，慢性期胸部SCI小鼠的NSPC移植和常規跑步機康復證明了后肢的功能恢復，表明在腰椎增大方面具有協(xié)同作用。已經(jīng)報道了旨在調節神經(jīng)回路的改良康復。對周?chē)窠?jīng)進(jìn)行干預相對容易，并且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用于功能性電刺激 (FES) 的可穿戴設備。FES檢測肌肉的輕微收縮并將其轉化為較大的刺激，輸入和輸出的重復循環(huán)增強了神經(jīng)回路。Robot Suit HAL（混合輔助肢體）使用外骨骼擴展這種反饋，并將肌電圖轉換為機械輸出以支持關(guān)節運動(dòng)并通過(guò)來(lái)自感覺(jué)輸入的反饋增強神經(jīng)回路。此外，如上所述，神經(jīng)可塑性不僅存在于病變區域周?chē)?，還存在于上級神經(jīng)回路周?chē)?，并且有研究描述了使用腦電圖的神經(jīng)反饋的有效性。由于通過(guò)常規康復實(shí)現了協(xié)同效應，因此將在未來(lái)的研究中描述干細胞療法與神經(jīng)反饋康復的組合方案。

結合電/磁刺激

電/磁刺激療法以及干細胞療法最近受到廣泛關(guān)注。不同類(lèi)型的刺激已應用于治療SCI：經(jīng)顱磁刺激、治療性電刺激、周?chē)窠?jīng)電刺激、經(jīng)皮神經(jīng)電刺激、硬膜下電刺激、硬膜外電刺激、硬膜下電刺激、深部腦刺激和模擬經(jīng)顱磁刺激的腦表面硬膜外電刺激.在硬膜外電刺激、硬膜下電刺激、椎管內電刺激等直接刺激脊髓的方法中，刺激脊髓輸入輸出回路，促進(jìn)姿勢和用力強度的調整，恢復自發(fā)運動(dòng)控制。

SCI的并發(fā)癥，如屈肌痙攣、反射亢進(jìn)和痙攣，也可能是由于損傷后失去皮質(zhì)輸入的運動(dòng)神經(jīng)元的不適當側芽和突觸增生引起的。電刺激可能會(huì )充分激活運動(dòng)神經(jīng)元并抑制這種過(guò)度的傳入突觸發(fā)生。最初，這些電刺激治療被認為可以修改和改善剩余的神經(jīng)回路。然而，有報道稱(chēng)電刺激對ASIAA（完全損傷）患者有效，表明無(wú)功能但可重新激活的組織也被激活。有報告描述了磁刺激和干細胞療法的聯(lián)合作用，并且預計這些刺激與干細胞療法會(huì )產(chǎn)生協(xié)同效應。

結論

通過(guò)針對受傷區域周?chē)姆枪δ苄钥稍偌せ罱M織，可以預期干細胞治療的不同再生機制，即使沒(méi)有直接移植到受傷區域。此外，由于頸椎SCI的治療具有很高的社會(huì )需求，并且根據其病理學(xué)可能有效，因此有必要以適當的目標進(jìn)行研究。