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(tǒng)后遺癥與長期發(fā)病率相關(guān)。越來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闡明有效干細胞療法的作用機制、干細胞療法的類型、治療開始的最佳時機、并行藥物治療的組合以及患者選擇標準。

《國際分子科學雜志》綜述：干細胞治療腦損傷的臨床研究進展

近日，我國臺灣臺中榮民總醫(yī)院兒科在《國際分子科學雜志》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)傷中的作用進行簡要敘述和臨床回顧。

本文將重點關(guān)注干細胞治療兒童腦外傷的臨床研究進展。

干細胞

干細胞（SC）是組織和器官的基本結(jié)構(gòu)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(jù)提取來源和有效性進行分類（表1）。

干細胞療法會引發(fā)復(fù)雜的再生反應(yīng)，并可能在不同的刺激和微環(huán)境下表現(xiàn)出不同的活性。與傳統(tǒng)的口服給藥途徑不同，口服進入胃腸系統(tǒng)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(nèi)、動脈內(nèi)、局部和鞘內(nèi)注射（圖1）。

因此，在利用干細胞療法時，需要考慮多種因素，例如給藥途徑、時間和劑量；供體因素；宿主因素；離體分化；以及適當?shù)淖泽w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(jù)持續(xù)創(chuàng)傷的性質(zhì)，創(chuàng)傷性腦損傷可分為開放性損傷和閉合性損傷。大多數(shù)創(chuàng)傷屬于閉合性損傷。

對大腦的創(chuàng)傷性損傷包括兩個階段，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(nèi)內(nèi)容物立即受損。繼發(fā)性損傷產(chǎn)生于對初始損傷的后續(xù)反應(yīng)（腦血流改變和炎癥），持續(xù)數(shù)小時至數(shù)天。血管痙攣、局灶性微血管閉塞和血管損傷會改變腦血流，因為血腦屏障受到破壞，而這種屏障功能的喪失會使免疫細胞和外來元素（治療性和神經(jīng)毒性）進入受創(chuàng)大腦。細胞毒性和血管源性腦水腫會導致顱內(nèi)壓升高，進一步損害血流；繼發(fā)性缺血會導致缺氧和神經(jīng)細胞逐漸死亡。這種腦血流破壞發(fā)生在創(chuàng)傷后24小時內(nèi)，導致組織缺血。

兒童創(chuàng)傷性腦損傷最初可能表現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)結(jié)果包括智力功能、信息處理、記憶、學習、執(zhí)行功能以及社會和行為結(jié)果的損害。

恢復(fù)情況取決于受傷的嚴重程度、受傷后的時間以及受傷時的發(fā)育階段。共有181名兒童根據(jù)發(fā)生TBI時的年齡分為四組；這些是嬰兒期、學前班、童年中期和童年晚期。研究發(fā)現(xiàn)，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(shù)較低。兒童嚴重TBI與智力恢復(fù)較差有關(guān)。嚴重TBI兒童的學業(yè)功能較差，執(zhí)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(fù)和立即后果；這些可能包括顱內(nèi)出血的引流、無活性組織的清創(chuàng)和實現(xiàn)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(fù)和盡量減少神經(jīng)系統(tǒng)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(yīng)

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(qū)。腦室下區(qū)（SVZ）由胚胎腦室區(qū)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(fù)原為細胞流。研究是在人類和嚙齒動物模型中進行的。這些研究表明，在出生后的發(fā)育過程中，SVZ產(chǎn)生了六種主要的祖細胞流（表2）。高分化區(qū)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，后來生成少突膠質(zhì)細胞。

對損傷的神經(jīng)炎癥反應(yīng)

兒科TBI后，長期的神經(jīng)炎癥和失調(diào)會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)炎癥也會影響TBI的結(jié)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(diào)節(jié)這種神經(jīng)炎癥過程中發(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型，從而決定了最終發(fā)揮的功能。

因此，在人類TBI中，神經(jīng)自我修復(fù)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(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的細胞效應(yīng)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)元細胞類型來恢復(fù)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)元并促進受損大腦的神經(jīng)發(fā)生。這在概念上很有吸引力，但在實際臨床應(yīng)用之前需要克服一些問題。這些NSC不會遷移到交付區(qū)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的獲取來源是一個倫理問題，而且還存在移植排斥的風險。這些因素限制了NSCs的臨床應(yīng)用。

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

MSCs已在一些臨床研究中得到應(yīng)用，顯示出更多的臨床應(yīng)用前景。這些細胞是多能的，可以從骨髓、臍帶、脂肪組織、胎盤和多種組織類型中采集。間充質(zhì)干細胞穿過血腦屏障并到達損傷部位，釋放營養(yǎng)因子，包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)生長因子，招募局部祖細胞并調(diào)節(jié)適當?shù)目寡追磻?yīng)，以減少細胞死亡并有利于修復(fù)。

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(jié)果。

廖等人對5至14歲、GCS評分為5-8的兒童進行了一項研究；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小時內(nèi)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(jié)果是通過使用兒科治療強度水平量表來量化顱內(nèi)壓升高的治療強度來評估的。次要結(jié)果是通過利用兒科后勤器官功能障礙評分和顱內(nèi)壓監(jiān)測天數(shù)來測量的。接受同步干細胞治療的兒童的顱內(nèi)壓管理強度較低，從治療后24小時開始到治療第一周內(nèi)顯著降低。

據(jù)報道，器官損傷嚴重程度降低，神經(jīng)重癥監(jiān)護持續(xù)時間縮短。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等人進一步證明，10名接受自體骨髓單核細胞治療的兒童在6個月的隨訪中獲得了良好的神經(jīng)心理和功能結(jié)果。用于評估功能結(jié)果的工具（格拉斯哥結(jié)果量表、格拉斯哥結(jié)果量表——針對兒童擴展、兒科損傷功能結(jié)果量表和適應(yīng)性行為評估系統(tǒng)II）均顯示出顯著改善。通過韋克斯勒智力、編碼、凹槽板、聽力回憶和言語學習縮寫量表測量，神經(jīng)心理學結(jié)果顯著改善。磁共振成像也顯示TBI后腦組織沒有進行性喪失。

同樣，在一項針對40名患有TBI后遺癥超過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個療程，5至5個月） 7天）在腰椎3-4和4-5椎間隙進行腰椎穿刺，顯示神經(jīng)功能和自我護理有所改善。在基線和治療后6個月進行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功能、敏感性和平衡方面表現(xiàn)出顯著改善。

田等人對97名嚴重TBI患者進行了至少1個月的介入隊列研究。在97名入組患者中，24名患者處于持續(xù)植物人狀態(tài)，73名患者出現(xiàn)運動活動障礙。

采用鞘內(nèi)給予自體骨髓干細胞(劑量1×106干細胞)。97名患者中有38名腦功能顯著改善（p=0.007），24名持續(xù)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名運動功能改善運動活動（p=0.025）。年輕患者的改善更為顯著，這可能是由于年輕患者的身體基線狀況更好。發(fā)現(xiàn)受傷后時間與治療結(jié)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始干細胞治療可以獲得更好的結(jié)果。

所有這些研究均報告沒有重大副作用。腰椎穿刺后短暫發(fā)熱、頭暈頭痛等輕微不適均得到緩解，且無長期影響。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(yīng)用。

挑戰(zhàn)與未來展望

間充質(zhì)干細胞所具有的特性使其成為TBI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型，包括神經(jīng)譜系的細胞類型。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的，其中最有效的影響來自血小板源性生長因子-AB (PDGF-AB) 和胰島素樣生長因子1 (IGF-1) ）。針對TBI，MSC能夠利用上述機制穿過血腦屏障（BBB）。

此外，其他遷移方式包括穿過腦微血管內(nèi)皮細胞之間短暫形成的內(nèi)皮間隙。還描述了通過質(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受損組織的再生，刺激受損部位存活的內(nèi)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(yīng)用。這包括骨髓間充質(zhì)干細胞在治療骨疾病中的應(yīng)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(yīng)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兒童來說是一種安全可行的治療選擇。圖3提出了MSC治療的簡要流程圖。

這是一個基本流程圖，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(yīng)用。治療可以在急性和慢性情況下開始。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(jié)果和不良副作用進行監(jiān)測。

在設(shè)計MSC治療模型時，需要考慮各種問題（表4）。間充質(zhì)細胞有多種來源；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(nèi)和鞘內(nèi)。鞘內(nèi)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(qū)域。靜脈途徑的優(yōu)點是無創(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(yīng)用進行了最新研究。分泌組由細胞因子、趨化因子、生長因子、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，表明未來治療探索的潛力。

結(jié)論

在從動物到臨床人類TBI研究的橋梁中，可以安全有效地設(shè)計MSC治療模型。兒童正在發(fā)育的大腦特別脆弱，創(chuàng)傷性腦損傷可能會導致慢性或延遲性不良神經(jīng)系統(tǒng)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(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥反應(yīng)并減少長期殘疾。

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，值得進一步的臨床研究。間充質(zhì)來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

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