神經(jīng)干細(xì)胞 (NSC) 在神經(jīng)再生中具有獨特的作用。神經(jīng)干細(xì)胞移植的細(xì)胞療法是治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一種有前途的工具。然而，這些細(xì)胞的衍生和治療應(yīng)用仍然存在許多問題和爭議。在這篇綜述中，我們總結(jié)了神經(jīng)干細(xì)胞的不同來源及其衍生方法，包括從原代組織直接分離、從多能干細(xì)胞分化和從體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。

我們還回顧了神經(jīng)干細(xì)胞移植治療各種神經(jīng)缺陷和損傷的臨床進(jìn)展。最后，我們討論了神經(jīng)干細(xì)胞衍生的潛在優(yōu)化策略，并在不久的將來對神經(jīng)干細(xì)胞移植的療法的臨床轉(zhuǎn)化提出了緊迫的挑戰(zhàn)。

事實

• 神經(jīng)干細(xì)胞是一種很有前途的治療與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的方法，因為它們分泌可溶性因子并分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。
• 利用最近的技術(shù)進(jìn)步，可以從三種不同的來源獲得神經(jīng)干細(xì)胞：從原代組織直接分離、從多能干細(xì)胞分化和從體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。
• 基于神經(jīng)干細(xì)胞移植的細(xì)胞療法用于治療動物模型和臨床試驗中的各種神經(jīng)缺陷和損傷已被廣泛研究。

開放式問題

• 哪種神經(jīng)干細(xì)胞推導(dǎo)策略對臨床翻譯最有效和最安全？
• 神經(jīng)干細(xì)胞移植方法如何從臨床前研究轉(zhuǎn)化為臨床試驗？
• 在不久的將來，基于神經(jīng)干細(xì)胞的療法的臨床轉(zhuǎn)化有哪些優(yōu)化策略和緊迫挑戰(zhàn)？

神經(jīng)干細(xì)胞移植在臨床中面臨的問題有哪些?

神經(jīng)系統(tǒng)疾病是一種難治性疾病，可導(dǎo)致感覺喪失、運動功能喪失和記憶力減退，并直接威脅患者的生命。目前，這些疾病的致病因素及其發(fā)病機(jī)制尚不清楚。傳統(tǒng)藥物治療用于延緩疾病進(jìn)展，不能恢復(fù)功能或再生組織。最近的研究表明，神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）的移植是治療與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的疾病、神經(jīng)細(xì)胞再生和損傷部位微環(huán)境恢復(fù)的一種很有前景的治療方式（圖1）。

神經(jīng)干細(xì)胞分泌可溶性因子，包括神經(jīng)營養(yǎng)因子、生長因子和細(xì)胞因子，從而保護(hù)現(xiàn)有神經(jīng)細(xì)胞免受原位損傷。此外，它們通過定向祖細(xì)胞分化成神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，以替代丟失的神經(jīng)細(xì)胞。神經(jīng)保護(hù)或細(xì)胞替代均可通過神經(jīng)再生幫助急性或慢性損傷后的神經(jīng)功能恢復(fù)。

細(xì)胞來源是使神經(jīng)干細(xì)胞在臨床治療中應(yīng)用必須解決的第一個問題

因為充分移植所需的細(xì)胞劑量非常高。

利用最近的技術(shù)進(jìn)步，可以從三種不同的來源獲得神經(jīng)干細(xì)胞，包括從原代組織直接提取、從多能干細(xì)胞分化和從體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化（圖2和表1）。

分離和生成神經(jīng)干細(xì)胞的策略

從原代組織中分離和培養(yǎng)神經(jīng)干細(xì)胞

細(xì)胞分離和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的建立導(dǎo)致了有利的實驗方法的發(fā)展，并為NSC研究確定了豐富的細(xì)胞來源。

1992年，Reynolds和Weiss從成年小鼠大腦的紋狀體中分離出NSC，并報道了首次使用表皮生長因子（EGF）在體外誘導(dǎo) NSC增殖。兩年后，他們發(fā)現(xiàn)小鼠大腦的室管膜下區(qū)是體內(nèi)NSCs的來源。

多能干細(xì)胞分化為神經(jīng)干細(xì)胞

多能干細(xì)胞，包括胚胎干細(xì)胞 (ESC) 和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC)，可以通過分化產(chǎn)生所需的細(xì)胞，這是原代細(xì)胞分離的有吸引力的替代方案。一般來說，多能干細(xì)胞的神經(jīng)分化方案可分為兩種主要途徑：胚狀體 (EB) 形成和單層培養(yǎng)。

體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)干細(xì)胞

轉(zhuǎn)分化，也稱為譜系重編程，最初是由Selman和Kafatos在1974年創(chuàng)造的。在此過程中，一種成熟的體細(xì)胞在不經(jīng)歷中間多能狀態(tài)的情況下轉(zhuǎn)化為另一種成熟的體細(xì)胞。該過程主要由譜系特異性轉(zhuǎn)錄因子 (TF) 的外源表達(dá)和化合物誘導(dǎo)。

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)展

神經(jīng)退行性疾病

神經(jīng)退行性疾病是由大腦或脊髓中的神經(jīng)或膠質(zhì)細(xì)胞缺陷引起的，導(dǎo)致記憶力下降、認(rèn)知障礙、癡呆或肢體運動障礙，主要包括肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）、帕金森病（PD）、阿爾茨海默病（ AD) 和亨廷頓病 (HD)。

漸凍癥（ALS）：ALS的特點是大腦皮層、腦干和脊髓中的運動神經(jīng)元退化和喪失，從而導(dǎo)致肌肉萎縮、虛弱，并最終在5年內(nèi)死亡。NSC分泌膠質(zhì)細(xì)胞系衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，在ALS轉(zhuǎn)基因大鼠模型中誘導(dǎo)運動神經(jīng)元的再生。

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帕金森（PD）：PD是一種以黑質(zhì)致密部和紋狀體末端的多巴胺神經(jīng)元喪失為特征的疾病。在毒素誘導(dǎo)的PD動物模型中，移植的人類NSC刺激大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞去分化和外源性生長因子的分泌，從而通過調(diào)節(jié)病變微環(huán)境抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化并減緩PD進(jìn)展。

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阿爾茨海默病（AD）：AD的特征是可溶性和不溶性淀粉樣蛋白β肽水平升高。

據(jù)報道，AD患者的海馬神經(jīng)元線粒體水平降低。將外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植到轉(zhuǎn)基因AD小鼠中會導(dǎo)致線粒體數(shù)量和線粒體相關(guān)蛋白的表達(dá)顯著增加，以及小鼠認(rèn)知功能的改善。

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亨廷頓病（HD）：HD是一種常染色體顯性遺傳病，可誘發(fā)尾狀核萎縮，其特征是不自主的舞蹈動作、認(rèn)知障礙和情緒障礙。臨床發(fā)現(xiàn)NSC聯(lián)合海藻糖的腦內(nèi)移植不僅可以減輕多聚谷氨酰胺聚集形成并減少紋狀體體積，而且還可以延長HD轉(zhuǎn)基因小鼠模型的壽命。

脊髓損傷（SCI）：脊髓損傷 (SCI) 是一種嚴(yán)重的身體損傷，通常會導(dǎo)致嚴(yán)重的運動功能喪失和繼發(fā)性損傷。

SCI尚無有效的常規(guī)治療方法，但在SCI小鼠模型中移植神經(jīng)干細(xì)胞可顯著改善運動功能恢復(fù)，從而表明神經(jīng)干細(xì)胞可以在體內(nèi)存活、分化和改變早期慢性損傷部位的微環(huán)境。

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中風(fēng)（Stroke）：中風(fēng)是一種急性腦血管疾病，包括缺血性和出血性中風(fēng)。據(jù)報道，移植的小鼠iPSC衍生或人類胎兒衍生的NSC系可在缺血性和出血性中風(fēng)動物模型中提供神經(jīng)營養(yǎng)因子并增加血管生成和神經(jīng)發(fā)生。

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創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）：創(chuàng)傷性腦損傷的主要機(jī)制分為局灶性腦損傷和彌漫性腦損傷，分別對應(yīng)接觸損傷類型和加速/減速損傷類型。TBI極有可能導(dǎo)致認(rèn)知和記憶缺陷以及運動障礙。

先前的研究得出結(jié)論，NSCs可以穩(wěn)定TBI后的皮質(zhì)微環(huán)境。將小鼠腦源性NSC移植到腦損傷小鼠體內(nèi)可有效防止星形膠質(zhì)細(xì)胞活化和小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞積聚，同時增加少突膠質(zhì)細(xì)胞并修復(fù)和維持正常的神經(jīng)元功能。載有bFGF的透明質(zhì)酸鈉膠原支架可促進(jìn)移植的大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的存活和分化，并促進(jìn)功能性突觸形成以修復(fù)大鼠的創(chuàng)傷性腦損傷。

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癲癇（Epilepsy）：癲癇是由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮和抑制失衡導(dǎo)致的腦神經(jīng)元異常放電；這種不平衡導(dǎo)致短暫的腦功能障礙，主要與離子通道神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的變化有關(guān)。近30%的顳葉癲癇 (TLE) 患者對抗癲癇藥物耐藥。

目前的報告表明，NSC移植可以抑制自發(fā)性癲癇發(fā)作。當(dāng)移植到海馬的癲癇部位時，外源性NSC會產(chǎn)生一種特定類型的神經(jīng)元，該神經(jīng)元合成抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸和分泌抗驚厥因子的星形膠質(zhì)細(xì)胞，從而減緩TLE引起的認(rèn)知和情緒功能障礙。

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腦癱（CP）：腦性麻痹 (CP) 是一組出現(xiàn)在兒童早期的永久性運動障礙，這是由于發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)形成非進(jìn)行性病變所致。目前，CP治療包括許多措施，但這些治療方法都不能治愈CP患者。

近年來，人們對神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦癱的安全性和有效性進(jìn)行了評估。基于目前的研究，移植血管內(nèi)皮生長因子的NSCs可以部分減緩腦損傷，并對缺氧介導(dǎo)的CP新生大鼠具有神經(jīng)保護(hù)作用，從而為CP治療提供了一種新的潛在策略。

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目前神經(jīng)干細(xì)胞移植應(yīng)對的主要問題

• 首先，臨床治療必須遵守標(biāo)準(zhǔn)化方案。因此，必須為治療程序建立詳細(xì)而有效的標(biāo)準(zhǔn)，包括干細(xì)胞類型、移植時間和細(xì)胞劑量。NSC的純度是重中之重，需要解決和批準(zhǔn)，因為其他細(xì)胞的污染可能會導(dǎo)致意想不到的副作用。
• 其次，用作種子的干細(xì)胞必須在體外和體內(nèi)都經(jīng)過驗證是安全的。為此，我們建議對每批制造的NSC產(chǎn)品在小鼠體內(nèi)進(jìn)行深度測序和檢查腫瘤形成效力。
• 第三，體內(nèi)NSCs的低存活率和適度的治療效果是仍有待解決的重大問題。此外，干細(xì)胞治療的潛在機(jī)制仍不清楚，因此需要進(jìn)一步的研究。相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步基礎(chǔ)研究可能有助于解決上述問題。最后，需要先進(jìn)的成像技術(shù)來監(jiān)測體內(nèi)移植的神經(jīng)干細(xì)胞的生理狀態(tài)，以排除致瘤性和其他缺陷。

結(jié)論和觀點

神經(jīng)干細(xì)胞在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面表現(xiàn)出很大的可塑性，可被誘導(dǎo)分化為各種類型的成熟神經(jīng)細(xì)胞，包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。在特定條件下，神經(jīng)干細(xì)胞具有廣泛的分化庫，甚至可以產(chǎn)生非外胚層細(xì)胞，包括造血細(xì)胞和骨骼肌原細(xì)胞。

此外，神經(jīng)干細(xì)胞分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，改善病變微環(huán)境，從而為病理修復(fù)創(chuàng)造適當(dāng)條件。上述發(fā)現(xiàn)證實了神經(jīng)干細(xì)胞移植在神經(jīng)系統(tǒng)疾病應(yīng)用中的重要價值。神經(jīng)干細(xì)胞移植的治療效果可以通過輔助藥劑、基因改造、三維移植或輔助細(xì)胞進(jìn)一步提高，這可能會提高細(xì)胞的存活率和分化成特定類型的細(xì)胞。

最初，神經(jīng)干細(xì)胞只能從胚胎大腦中獲得，因此，來源有限、分離技術(shù)問題和低純度阻礙了基于NSC的細(xì)胞療法的進(jìn)展。此外，還有倫理和道德問題。目前，新興技術(shù)不斷改進(jìn)可用于獲得神經(jīng)干細(xì)胞的方法，特別是胚胎干細(xì)胞的鑒定和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的開發(fā)，從而能夠獲取大量神經(jīng)干細(xì)胞，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究。

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