关注干细胞治疗脊髓损伤：日本批准上市，国内临床相继有进展

脊髓损伤的治疗一直是医学难题，传统的治疗手段虽然能够在一定程度上减轻症状，但未能在神经功能方面取得根本改变。近来，有不少读者向我们留言对“干细胞治疗脊髓损伤”表示关切。在开年之际，我们一起来看看干细胞在这一领域的进展。

首先，我们来了解一下脊髓损伤的发生机制。

脊髓作为中枢系统的一部分，它的损伤会导致相应神经节段的神经信号传递受阻，从而引发机体多种运动、感觉的功能障碍，包括肌群张力异常、机体病理反射征的出现等，脊髓损伤可由多种因素引起，如肿瘤、脊柱退行性病变、外伤等，其损伤后的细胞分子层面的机制如下：

（1）急性期：通常在发病2小时内，脊髓内的神经细胞被外力，如挫伤、撕裂、拉伸、压缩或直接大规模破坏，部分神经细胞及神经胶质细胞坏死、凋亡，由多级神经元共同组成的神经信号传导通路—反射弧被破坏，导致神经信号传递中断；

（2）亚急性期：病灶区内血栓、微循环侧支形成，血管痉挛、收缩，导致损伤区域血流量减少；血液-脊髓屏障被破坏，T细胞、巨噬细胞、小胶质细胞和中性粒细胞穿过血管内皮浸润神经元组织，并分泌多种细胞因子，参与炎症的反应，导致脊髓退变；大量钾离子从神经元细胞内流入细胞外，而钠离子和钙离子则恰恰相反，从胞外流入胞内，细胞内外阳性离子的不规则变化进一步阻断了神经信号的传递。

（3）慢性期：特征是胶质细胞增生和细胞外基质沉积后形成瘢痕。胶质细胞分泌多种具有生长抑制作用的细胞因子并靶向相应的神经元受体，从而抑制具有神经信号传递功能的轴突的生成。

“中枢神经系统损伤之后，是否拥有和皮肤、骨骼一样的再生和修复能力？早期的经典教科书告诉我们神经是不可再生的，但一部分病人通过手术和康复锻炼，却能够逐步恢复到接近正常的神经功能状态。”此前，华山医院院长毛颖教授在由天桥脑科学研究院与中国神经科学学会神经外科学基础与临床分会共同主办的“对话大脑”院士论坛的开场上，这样提问。

2020年，瑞典Karolinska研究所在《科学》杂志上发表的一项新研究显示干细胞可以帮助损伤后的脊髓修复[1]，证明了刺激小鼠脊髓中干细胞形成大量新的、神经元传递信号所必须的少突胶质细胞，可以帮助修复受伤后的脊髓。

随着干细胞研究的不断深入，越来越多的学者致力于将间充质干细胞等不同类型干细胞应用到脊髓损伤治疗相关的研究中，并取得临床巨大突破。

2018年，日本有条件批准了自体间充质干细胞治疗产品Stemirac上市，适应症是脊髓损伤。这款干细胞疗法首先要抽取患者的50毫升骨髓液和血液，并提取其中的间充质干细胞，再将这些干细胞扩增至5千万到2亿个细胞数量，然后在损伤发生后的3-8周内将扩增后的干细胞静脉注射到患者体内。

在我们国家，干细胞治疗脊髓损伤也取相继取得进展，比如上海市同济医院于2022年6月至2023年12月开展的“人源性神经干细胞治疗脊髓损伤安全性与初步有效性评价”，值得期待。

来源于神经组织的干细胞治疗脊髓损伤的研究经过数年的发展，目前已进入动物试验、临床试验蓬勃发展的阶段。

室管膜细胞是排列脑室系统和脊髓中央管的纤毛细胞，它们参与脑脊液的循环，并作为大脑和脊髓实质的屏障，也是一组具有分化能力的干细胞，在活体脊髓中，室管膜细胞很少分裂，但在体外试验中，它们能剧烈分裂，并通过产生星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元而表现出多能性[2]。

图片来源参考文献[2]

A：完整的成人脊髓显示中央管周围室管膜层潜伏的神经干细胞（绿色）和完整的皮质脊髓束（浅蓝色纤维）。B：慢性脊髓切口损伤，并伴有正常的神经干细胞子代形成。室管膜神经干细胞来源的星形胶质细胞占据病变部位。许多神经元（深蓝色）在慢性病变中丢失；然而，在这种损伤范例中，皮质脊髓束基本完好无损。C：慢性脊髓切口损伤，无室管膜神经干细胞子代形成。损伤会变深，从而切断皮质脊髓束。没有神经干细胞子代，神经元丢失增加[2]。

一项动物试验表明，在相同脊髓损伤强度下，与正常小鼠相比，Ras基因敲除的小鼠（体内神经干细胞无法增殖）脊髓损伤面积持续扩大，神经损伤更为严重[3]。

美国学者Erik Curtis 对四名患有慢性脊髓损伤的病患行神经干细胞移植术，并对实验对象展开为期18个月的随访，实验对象均因外伤造成不同脊髓节段的损伤，并导致四肢肌肉出现不同程度的感觉、运动功能障碍，四名患者在干细胞移植术后，在随后的影像学观察中没有出现新的脊髓组织的损伤，并在随访结束后，肢体肌肉的运动与感觉均呈现不同程度的改善[4]。

图片来源参考文献[4]

（A和B）自愿或强化手法触发的BMCA活性记录显示，受试者001在细胞移植后18个月未检测到BMCA反应（4.4.2016示踪剂）。

（C和D）在移植后27个月进行的后续记录显示，在强化手法(D).后，小腿三头肌存在肌电图反应在两项研究(C).中，没有发现左踝关节足底屈或背屈的活动与之前的记录相比，红色箭头显示了通过强化动作（颈部屈曲和深呼吸）进行的小腿三头肌的新活动；水平的黑色条表示起病标记。（E和F）受试者006中右侧T6椎管旁肌的肌电图记录。与基线记录相比，在细胞移植后12个月记录了多个新的运动单位（红色箭头）。

（G和H）受试者010的T6和T7椎管旁肌的肌电图记录。与基线（12周）记录相比，在T7椎管旁肌细胞移植后的6个月和18个月记录了一个新的运动单元（读箭头）。

间充质干细胞来源广泛，其中来自于围产组织的间充质干细胞被临床研究广泛应用。

发表于《Neural Regeneration Research》杂志上一篇论文阐述了脐带来源间充质干细胞治疗急性完全性脊髓损伤的结果。该临床试验得到了初步结论是人脐带间充质干细胞可以促进急性脊髓损伤后神经功能的恢复，具有显著的治疗效果[5]。

脐带间充质干细胞治疗组中，9名患者（45%）从治疗前的ASIA分级的 A级改善到B级，2名患者（10%）从A级改善到C级。然而，在对照组中ASIA分级没有改善。ADL评分是确认神经功能恢复程度的重要评估手段。结果显示，1名患者在治疗12个月后恢复了左小指的屈伸。治疗组在干细胞移植前后的运动和ADL评分均有显著改善，而对照组则无显著差异。

图片来源【5】

干细胞治疗组和对照组患者运动、感觉和ADL评分的比较（Motor score:运动评分；Sensory score：感觉评分；ADL score：日常生活活动评分；Treatment group：干细胞治疗组；Control group：对照组；Before transplantation：脐带间充质干细胞移植前；After transplantation：脐带间充质干细胞移植后）

越来越多的研究发现[6-9]，间充质干细胞通过多种作用机制来治疗脊髓损伤，间充质干细胞能够分泌神经营养因子，起到神经保护的作用；通过自身免疫调节作用，躲避移植免疫反应的同时减少脊髓损伤后的二次炎性损伤；具有促进轴突再生的能力，能够抑制脊髓损伤处胶质瘢痕形成，可以促进脊髓髓鞘再生，改善损伤后的神经传导，同时因具有多向分化能力，能够增殖分化成为神经细胞来修复损伤组织。

小结：

由于损伤后的神经元细胞难以再生，在过去的几十年里，脊髓损伤一直困扰着病患，肌肉运动的受限、躯体感觉的障碍都在不同程度上降低着病患的生活质量，今年来，随着以干细胞韦核心的再生医学的不断发展，脊髓损伤的治疗开启了新篇章，未来值得期待。

参考文献：

[1] https://nyheter.ki.se/ryggmargens-stamceller-kan-bidra-till-reparation-efter-skada
DOI: 10.1126/science.abb8795

[2]Lu P., Wang Y., Graham L., McHale K., Gao M., Wu D., Brock J., Blesch A., Rosenzweig E.S., Havton L.A., et al. Long-distance growth and connectivity of neural stem cells after severe spinal cord injury. Cell. 2012;150:1264–1273. doi: 10.1016/j.cell.2012.08.020.

[3]Stenudd M, Sabelström H, Frisén J. Role of endogenous neural stem cells in spinal cord injury and repair. JAMA Neurol. 2015 Feb;72(2):235-7. doi: 10.1001/jamaneurol.2014.2927. PMID: 25531583.

[4]Curtis E, Martin JR, Gabel B, Sidhu N, Rzesiewicz TK, Mandeville R, Van Gorp S, Leerink M, Tadokoro T, Marsala S, Jamieson C, Marsala M, Ciacci JD. A First-in-Human, Phase I Study of Neural Stem Cell Transplantation for Chronic Spinal Cord Injury. Cell Stem Cell. 2018 Jun 1;22(6):941-950.e6. doi: 10.1016/j.stem.2018.05.014. PMID: 29859175.

[5]Wu-Sheng D, Ma K, Liang B, et al. Collagen scaffold combined with human umbilical cord-mesenchymal stem cells transplantation for acute complete spinal cord injury[J]. Neural Regeneration Research, 2020, 15(9): 1686-1700.

[6]AN H, LI Q, WEN J. Bone marrow mesenchymal stem cells encapsulated thermalresponsive hydrogel network bridges combined photo-plasmonic nanoparticulate system for the treatment of urinary bladder dysfunction after spinal cord injury. J Photochem Photobiol B. 2020;203:111741.

[7]NAKAJIMA H, UCHIDA K, GUERRERO AR, et al. Transplantation of mesenchymal stem cells promotes an alternative pathway of macrophage activation and functional recovery after spinal cord injury. J Neurotrauma. 2012;29(8):1614-1625.

[8]GUO S, PERETS N, BETZER O, et al. Intranasal Delivery of Mesenchymal Stem Cell Derived Exosomes Loaded with Phosphatase and Tensin Homolog siRNA Repairs Complete Spinal Cord Injury. ACS Nano. 2019;13(9):10015-10028.

[9]KADOYA K, LU P, NGUYEN K, et al. Spinal cord reconstitution with homologous neural grafts enables robust corticospinal regeneration. Nat Med. 2016; 22(5):479-487.

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