距离上市越来越近！利用间充质干细胞治疗中风真的可行吗？

近年来，间充质干细胞治疗脑卒中的临床正在有序开展中，我国已经有5款基于脑卒中的间充质干细胞新药IND获批，并且有项目进入到了II期临床阶段。随着临床试验的开展，我国有望迎来间充质干细胞治疗脑卒中的时代。

那么，间充质干细胞治疗脑卒中的原理是什么？利用间充质干细胞治疗脑卒中在临床上有哪些数据吗？

最近，发表在“Molecular Neurobiology”上的一篇名为“Paracrine Effects of Mesenchymal Stem Cells in Ischemic Stroke: Opportunities and Challenges“的新综述阐述了目前干细胞疗法治疗缺血性中风的新进展[1]。今天我们就根据这篇文献来一起了解一下。

众所周知，尽管医学领域取得了发展和进步，但中风仍然是全世界死亡和残疾的主要原因。我国缺血性中风的地域分布如下图所示，以黑龙江，吉林、云南、西藏等地高发 [2] 。

（图片来自参考文献2）

中风，又称为“脑卒中”，缺血性脑卒中导致死亡的主要原因是脑组织缺氧和缺少葡萄糖，脑组织进行无氧糖酵解促进乳酸堆积和酸中毒，引起脑细胞中的线粒体肿胀，出现功能障碍，细胞内Ca2+超载，导致体内产生过多的活性氧，从而引起缺血级联反应[3]。

通过释放TNF-β，IL-6，IL-12等炎症细胞因子破坏血脑屏障（blood-brain barrier，BBB），导致血管源性水肿，使得外周炎症细胞进入脑实质引起神经元的死亡。除了影响缺血区域的神经元之外，缺血区域的星形胶质细胞、小胶质细胞也会受到相应的损伤。

（图片来自参考文献3）

目前，在卒中症状出现后的4.5小时内，使用组织凝血酶原激活剂（t-PA）进行血管再通，是唯一被美国食品和药物管理局（FDA）批准用于急性缺血性卒中治疗的药物。在这个狭窄的治疗时间窗之外，t-PA静脉注射，特别是延迟溶栓，会增加水肿、颅内出血（ICH）和出血性转化（HT）的并发症风险。因此，在缺血性卒中发生后，最需要的是开发新的治疗策略，以降低死亡率，恢复神经系统功能缺陷。有研究表示[4]，基于干细胞的治疗可能是扩大治疗窗的答案（如下图所示）。

（图片来自参考文献4）

在过去的二十年里，干细胞治疗已被确立为一种有前景的治疗策略。其中，间充质干细胞(MSCs)具有显著的可塑性和独特的特性，是治疗中风的理想细胞。越来越多的证据表明[5]，MSCs的治疗潜力与MSC衍生的产物如分泌体和Exosome密切相关，以促进内源性再生潜力以及恢复中风后失去的神经元功能。本文接下来为大家介绍三种MSCs治疗中风的机制。

机制一：减少外来“入侵者”的伤害

有研究表明[6]，MSCs可以阻碍细胞毒性T细胞的活化和增殖，增强调节性T细胞的增殖和功能，抑制B细胞增殖和功能，抑制自然杀伤细胞增殖和功能，抑制树突状细胞成熟表型和活化。

这样一来，MSC可以减少炎症反应的产生，从而在一定程度上保护血脑屏障不受侵害。

再者，MSC 还可以通过分泌多种分子来抑制细胞凋亡，保护正常脑细胞的作用，这些因子包括BCL-2、VEGF、HGF、IGF-1、STC1、TGF-β、FGF 和粒细胞-巨噬细胞集落 -刺激因子（GM-CSF）。

此外，间充质干细胞除了直接抑制细胞凋亡外，还可以通过下调 Bax、Fas 和 caspase3 蛋白的表达以及上调 Bcl-2 的表达来改善缺血/再灌注损伤。MSCs对氧化应激损伤也有很强的抵抗力，除了促进内源性抗氧化防御和清除自由基外，MSCs还可以通过改变线粒体生物能学、向受损细胞提供功能性线粒体以及通过分泌抗氧化因子（包括去乙酰化酶）抑制 ROS 来进行免疫调节，从而发挥其抗氧化作用。

（图片来自参考文献1）

机制二：修筑机体的“军队”

MSCs可以分泌促血管生成因子，例如血管内皮生长因子（VEGF）、脑源性神经营养因子 (BDNF)、胰岛素样生长因子 1 (IGF-1)、血管生成素-1 (Ang-1)、Ang-2 和 IL-6等等，用来促进血管再生，存活神经元的神经活性以及轴突再生长的能力。

其中，VEGF可以调节内皮细胞增殖、迁移、出芽活性和未成熟血管的形成 ，而 Ang-1 与内皮细胞上的 Tie-2 受体相互作用，使 Tie-2 自身磷酸化，最后通过Ang1-Tie2 信号轴来促进新血管的成熟和稳定性。

其次MSC 还可以通过介导 Trk 受体与神经营养因子（如 NGF 和 BDNF）的相互作用以及激活 PI3K/Akt 信号通路来促进神经元存活。

机制三：MSC的“法宝”-细胞外囊泡（EV）

除了通过 MSC 分泌的可溶性因子进行经典信号传导外，细胞外囊泡（EV）也起着至关重要的作用。EV 通常根据其大小和来源分为外泌体、微泡 (MV)和凋亡小体。

（图片来自参考文献1）

外泌体是最小的 EV，直径为 30-150 nm，由质膜通过内体途径产生，随后形成细胞内囊泡，通过胞吐作用释放到细胞外空间；MV，也称为胞外体或脱落囊泡，是由质膜直接向外出芽产生的膜囊泡，其大小范围从 100 nm 到 1 μm，具体取决于不同的来源；凋亡小体是由凋亡细胞产生的一类大小为 1 至 5 μm 的 EV，包裹着死亡细胞的碎片。EV 的生物合成和释放可能受到包括缺氧在内的多种细胞外刺激的影响。

一项体外研究表明[7]，与正常氧气状态下的 EV 相比，缺氧条件下的 MSC-EV 表现出血管形成管增加，这种血管生成特性主要由 EV 介导，而不是由其他可溶性因子介导。静脉注射这些 EV 可以减轻缺血性脑卒中小鼠的神经功能缺陷，减少梗塞体积，并增加缺血纹状体和皮质的微血管长度[8]。

（图片来自参考文献8）

2017年，研究团队对12名缺血性卒中患者进行了一项试验[9]，患者被分成两组，接受静脉自体体外培养间充质干细胞的患者(MSC组)和没有接受静脉自体体外培养间充质干细胞的患者(对照组)，从细胞移植之日起随访4年。

本研究结果表明，根据四年的随访结果，静脉注射MSC可以改善缺血性脑卒中患者的神经功能，而且体外培养扩增的MSCs静脉移植是安全的，在此期间没有死亡或任何合并症。

（图片来自参考文献9）

2022年7月，Oh Young Bang团队在“stroke”发表了一篇名为“Circulating Extracellular Vesicles in Stroke Patients Treated With Mesenchymal Stem Cells: A Biomarker Analysis of a Randomized Trial”的临床试验[10]。

在这项前瞻性随机对照试验中，缺血性脑卒中患者以 2：1 的比例被分配接受自体 MSC 静脉注射（MSC 组，n=39）或标准治疗（对照组，n=15），并随访 3 个月。在间充质干细胞治疗前后采集连续样本，对患者的扩散张量图像和静息状态功能性磁共振成像进行了详细临床评估以及对患者的神经可塑性也进行了评估。

这项临床试验首次表明，MSCs可以显着增加缺血性脑卒中患者的循环 EVs，这与运动功能改善和磁共振成像可塑性指数显著相关。

（图片来自参考文献10）

尽管最近在缺血性脑卒中模型中应用 MSC 及其衍生产品的治疗潜力和潜在机制方面都取得了很大的进展，但有关临床应用的许多问题仍有待解答。目前 MSC 及其衍生产品在中风治疗中的临床应用种仍面临许多挑战。

（图片来自参考文献1）

MSCs的分离提纯技术，MSCs的扩增，条件培养基 （CM）的浓度、储存，如何进行进一步优化、给药的体积、剂量、给药时间和给药途径等等都是目前所面临的问题，这些需要更多的研究才能提供优化治疗方案。

但不可否认的是，干细胞疗法治疗脑卒中给这部分患病人群带来了新的希望，相信随着干细胞的不断发展，干细胞领域一定能在医学上开辟一条崭新的道路，为更多的人们减轻病痛，带去崭新的明天！

参考文献：

[1] Asgari Taei A, Khodabakhsh P, Nasoohi S, Farahmandfar M, Dargahi L. Paracrine Effects of Mesenchymal Stem Cells in Ischemic Stroke: Opportunities and Challenges. Mol Neurobiol. 2022 Oct;59(10):6281-6306. doi: 10.1007/s12035-022-02967-4. Epub 2022 Aug 3. PMID: 35922728.

链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35922728/

[2] Tu WJ, Zhao Z, Yin P, Cao L, Zeng J, Chen H, Fan D, Fang Q, Gao P, Gu Y, Tan G, Han J, He L, Hu B, Hua Y, Kang D, Li H, Liu J, Liu Y, Lou M, Luo B, Pan S, Peng B, Ren L, Wang L, Wu J, Xu Y, Xu Y, Yang Y, Zhang M, Zhang S, Zhu L, Zhu Y, Li Z, Chu L, An X, Wang L, Yin M, Li M, Yin L, Yan W, Li C, Tang J, Zhou M, Wang L. Estimated Burden of Stroke in China in 2020. JAMA Netw Open. 2023 Mar 1;6(3):e231455. doi: 10.1001/jamanetworkopen.2023.1455. PMID: 36862407; PMCID: PMC9982699.

链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9982699/

[3] Xiong Y, Wakhloo AK, Fisher M. Advances in Acute Ischemic Stroke Therapy. Circ Res. 2022 Apr 15;130(8):1230-1251. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.121.319948. Epub 2022 Apr 14. PMID: 35420919I

链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35420919/

[4] Nguyen H, Zarriello S, Coats A, Nelson C, Kingsbury C, Gorsky A, Rajani M, Neal EG, Borlongan CV. Stem cell therapy for neurological disorders: A focus on aging. Neurobiol Dis. 2019 Jun;126:85-104. doi: 10.1016/j.nbd.2018.09.011. Epub 2018 Sep 13. PMID: 30219376; PMCID: PMC6650276.

链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30219376/

[5] Baez-Jurado E, Hidalgo-Lanussa O, Barrera-Bailón B, Sahebkar A, Ashraf GM, Echeverria V, Barreto GE (2019) Secretome of mesenchymal stem cells and its potential protective effects on brain pathologies. Mol Neurobiol 56(10):6902–6927.

链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30941733/

[6] Wang M, Yuan Q, Xie L. Mesenchymal Stem Cell-Based Immunomodulation: Properties and Clinical Application. Stem Cells Int. 2018 Jun 14;2018:3057624. doi: 10.1155/2018/3057624. PMID: 30013600; PMCID: PMC6022321.

链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30013600/

[7] Gregorius J, Wang C, Stambouli O, Hussner T, Qi Y, Tertel T, Börger V, Mohamud Yusuf A, Hagemann N, Yin D, Dittrich R, Mouloud Y, Mairinger FD, Magraoui FE, Popa-Wagner A, Kleinschnitz C, Doeppner TR, Gunzer M, Meyer HE, Giebel B, Hermann DM. Small extracellular vesicles obtained from hypoxic mesenchymal stromal cells have unique characteristics that promote cerebral angiogenesis, brain remodeling and neurological recovery after focal cerebral ischemia in mice. Basic Res Cardiol. 2021 Jun 8;116(1):40. doi: 10.1007/s00395-021-00881-9. PMID: 34105014; PMCID: PMC8187185.

链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8187185/

[8] Almeria C, Weiss R, Roy M, Tripisciano C, Kasper C, Weber V, Egger D (2019) Hypoxia conditioned mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles induce increased vascular tube formation in vitro. Front Bioeng Biotechnol 292.

链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31709251/

[9] Bhasin A, Kumaran SS, Bhatia R, Mohanty S, Srivastava MVP. Safety and Feasibility of Autologous Mesenchymal Stem Cell Transplantation in Chronic Stroke in Indian patients. A four-year follow up. J Stem Cells Regen Med. 2017 May 30;13(1):14-19. doi: 10.46582/jsrm.1301003. PMID: 28684893; PMCID: PMC5494434.

链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28684893/

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