缺血性中風的臨床治療方法有限。神經干細胞 (NSC) 移植可能是一種有前途的治療方法。臨床上，缺血和隨后的再灌注會導致廣泛的神經血管損傷，包括炎癥、血腦屏障破壞和腦細胞死亡。NSC表現出多種潛在的治療神經血管損傷的作用。目前，組織纖溶酶原激活劑 (tPA) 是唯一獲得FDA批準的溶栓劑。雖然tPA在血管內的溶栓作用是有益的，但tPA的非溶栓有害作用會加重神經血管損傷，限制治療時間窗口（時間敏感）和tPA資格。

因此，需要新的策略來減輕tPA的有害影響并快速介導中風后的血管修復。到目前為止，臨床試驗主要關注干細胞療法通過在慢性中風階段輸送細胞對神經修復的影響。此外，NSC還會分泌刺激早期缺血性中風內源性修復機制的因子。

神經干細胞移植：成為治療早期缺血性中風時間窗困境的關鍵策略

本綜述將綜合介紹神經干細胞移植作為神經血管損傷有希望的治療方法的臨床前觀點，重點是早期缺血性中風。此外，這將突出早期亞急性神經干細胞輸送對改善短期和長期中風結果的影響^[1]。

神經干細胞移植：突破缺血性腦卒中早期治療的時間窗困境

腦卒中仍是美國致死和致殘的首要原因，其中缺血性腦卒中占所有腦卒中病例的87%。衰老是神經血管疾病的主要風險因素之一，約三分之二的腦卒中患者年齡超過65歲。

臨床上，缺血-再灌注（IR）導致廣泛的神經血管損傷和神經功能障礙。雖然缺血性卒中的發病率很高，但治療手段僅限于機械性血管內治療（血栓切除術）和組織型纖溶酶原激活劑（tPA）靜脈溶栓。

一、缺血性腦卒中現有治療手段的瓶頸?

（一）tPA溶栓治療的臨床局限?

組織纖溶酶原激活劑（tPA）作為唯一獲 FDA 批準的靜脈溶栓藥物，其臨床應用受限于兩大核心問題：?

• 時間窗極度狹窄：僅發病后4.5小時內適用（占所有患者不足10%），超過此時間窗則出血轉化風險顯著升高（癥狀性顱內出血率達6.4%）
• 非溶栓毒性作用：tPA通過激活纖溶系統以外的途徑（如誘導基質金屬蛋白酶 – 9表達）加劇血腦屏障（BBB）破壞，形成 “再灌注損傷” 級聯反應。

（二）機械取栓的適用邊界擴展困境?

盡管灌注成像指導下的機械取栓可將時間窗延長至24小時，但：?僅約15% 患者符合篩選標準（需存在可挽救的缺血半暗帶），延遲再灌注（>6 小時）仍伴隨不可逆 BBB 損傷：第二次 BBB 破壞高峰（發病后 24-72 小時）導致神經血管單元崩潰。

因此，需要新的策略來延長 tPA 的治療窗口，最大限度地減少有害影響，并改善中風的結果。

神經干細胞 (NSC) 具有多效性，對非常復雜的早期卒中病理生理學有益。植入的 NSC 可分化為腦內功能性神經元，同時還具有旁觀者（分子伴侶）效應，包括傳遞神經營養因子，從而緩解有毒微環境并保護瀕危宿主細胞。

二、神經干細胞治療缺血性中風的早期干預優勢?

（一）多模態靶向早期病理機制?

作用機制?	具體效應?	臨床前證據來源?
BBB保護?	分泌血管內皮生長因子（VEGF）、緊密連接蛋白（ZO-1），減少TJ蛋白降解	大鼠MCAO模型
神經炎癥調控?	抑制小膠質細胞過度活化（降低 IL-6、TNF-α水平），促進M2型極化	小鼠缺血再灌注模型
內源性修復激活?	釋放腦源性神經營養因子（BDNF）、膠質細胞源性神經營養因子（GDNF）	非人靈長類動物研究

（二）時間窗突破的關鍵節點?

• 亞急性期干預窗口：發病后24小時-7天（對應第二次BBB破壞前的可逆階段）?

• 早期移植（<72小時）可顯著抑制神經細胞凋亡（TUNEL陽性細胞減少40%）

• 延遲至慢性期（>1個月）則主要發揮神經重塑作用，對BBB保護效果減弱

此外，NSC 的治療結果可能因 NSC 給藥時間和途徑而異。雖然目前的臨床試驗主要集中于慢性中風階段注射細胞對神經修復的影響，但本綜述將重點關注缺血性中風早期（亞急性）階段NSC移植的治療機制和潛力，從而改善長期結果。

神經干細胞生物學

內源性神經干細胞的特性與局限性

一、特性

存在部位特定性

內源性神經干細胞（NSC）主要分布于成年哺乳動物中樞神經系統的特定區域，如海馬齒狀回的顆粒下層（SGZ）和側腦室的室下區（SVZ）。這些區域的微環境（niche）通過分泌神經營養因子和細胞因子，維持干細胞的靜息狀態或激活其增殖分化。

自我更新與多向分化潛能：內源性NSC具有對稱分裂（產生兩個干細胞）和不對稱分裂（產生一個干細胞和一個祖細胞）的能力，可分化成神經元、星形膠質細胞及少突膠質細胞，參與神經修復和功能重建。

微環境依賴性激活：其增殖和分化受微環境中的信號分子調控，如Wnt、Notch、bHLH等信號通路。例如，促有絲分裂因子（如EGF、bFGF）可激活NSC增殖，而神經營養素（如BDNF）則促進其分化。

標記蛋白特征：在增殖階段表達早期標志物（如Nestin、BrdU），遷移階段表達PSA-NCAM、Doublecortin（DCX），成熟后表達NeuN（神經元）或GFAP（膠質細胞）等特異性標記蛋白。

原位修復潛力：通過激活內源性NSC，可避免外源性干細胞移植的免疫排斥風險，并直接參與局部神經網絡的修復。例如，DLX2轉錄因子可誘導星形膠質細胞重編程為神經祖細胞，進而生成功能性神經元。

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二、局限性

數量與再生能力有限：成年哺乳動物內源性NSC數量稀少，且其增殖能力隨年齡增長顯著下降。在嚴重神經損傷或退行性疾病中，內源性NSC的再生能力不足以完全修復損傷。

微環境抑制因素：損傷后局部微環境常被炎癥因子（如TNF-α、IL-1β）或膠質瘢痕（星形膠質細胞過度增生）破壞，抑制NSC的激活與分化。例如，膠質瘢痕釋放的硫酸軟骨素蛋白多糖會阻礙神經元軸突再生。

分化效率與功能整合不足：即使NSC被激活，其分化為功能性神經元的比例較低，更多分化為膠質細胞。此外，新生神經元可能無法有效整合到現有神經網絡中，導致功能恢復受限。

調控機制復雜且易失衡：內源性NSC的激活涉及多信號通路協同作用，調控不當可能導致異常分化或腫瘤形成。例如，過度激活Notch信號可能抑制神經元分化，促進膠質細胞生成。

遷移能力受限：內源性NSC的遷移范圍通常局限于特定區域（如SVZ向嗅球遷移），難以到達遠隔損傷部位。即使通過干預手段促進遷移，其效率仍遠低于外源性干細胞移植。

神經干細胞的來源及神經干細胞衍生技術的突破與臨床潛力

神經干細胞可以通過多種方法從各種來源獲得（圖1)。NSC 可直接從胎兒組織的神經外胚層或成人的SVZ和SGZ中獲取。這些原代NSC可使用堿性成纖維細胞生長因子 (bFGF) 和表皮生長因子 (EGF) 在培養中擴增和維持。

NSC可直接從神經組織中提取并在體外擴增。此外，NSC 可以通過分化因子的特定組合從 iPSC 或 ESC重新編程。此外，NSC 可以通過直接轉化體細胞生成，而無需 iPSC 衍生步驟。

NSC也可以來自其他來源。例如，NSC可由胚胎干細胞 (ESC) 生成。然而，ESC需要大量的操作和中間步驟才能完全分化為 NSC。通過在用bFGF和EGF擴增期間抑制TGFβ/BMP信號通路，可實現培養ESC的神經誘導。其中誘導多能干細胞（iPSCs）技術因自體來源規避了倫理與免疫排斥問題。

最新直接重編程技術（如iNSCs）通過特定轉錄因子組合，將體細胞直接轉化為NSCs，大幅提升效率并簡化流程。這些技術為個性化、低風險的腦卒中細胞治療奠定了堅實基礎，尤其是iNSCs的快速制備與高兼容性，為突破傳統療法局限提供了新方向。

外源性神經干細胞的標記與追蹤

外源性神經干細胞（NSCs）的標記與追蹤方法多樣。直接標記法通過移植前在干細胞內或表面引入標記物實現，常用策略包括：

• 胸腺嘧啶類似物BrdU標記：通過抗體檢測分裂中的BrdU+細胞，適用于短期追蹤（因標記隨時間稀釋）；
• 超順磁性氧化鐵顆粒（SPIO）標記：結合磁共振成像（MRI）實現臨床可轉化的無創追蹤；
• 熒光探針（如CMTMR、CM-Dil）或放射性示蹤劑標記：分別用于光學成像和核醫學成像，但后者可能造成輻射損傷。

此外，病毒轉導可令NSCs表達GFP或lacZ等標志物，但存在轉基因沉默或細胞特性改變的風險。對于跨物種移植（如人源NSCs植入嚙齒類），可通過人特異性抗體或供受體性別差異驗證細胞存活。

神經干細胞遷移機制

NSCs具有向中樞神經系統損傷區域定向遷移的能力，其趨化性主要依賴病理微環境釋放的趨化因子（如SDF-1α/CXCL12）與NSCs表面CXCR4受體的相互作用。腦卒中后，梗死周邊可挽救的“半暗帶”因代謝活躍成為NSCs移植的理想靶區。移植途徑影響遷移效率：

• 顱內直接注射：精準定位半暗帶，但侵入性高；
• 靜脈或動脈注射：動脈內注射可減少肺部截留，提升病灶靶向性；
• 鼻內遞送：非侵入性且能廣泛遷移至缺血區域，但機制尚未完全明確。

內源性神經干細胞修復早期缺血性腦卒中的機制

血管生成的雙重作用與年齡相關挑戰

中風后內源性血管生成通過修復缺血半暗帶血供促進恢復，但其早期依賴 VEGF 的機制存在矛盾：VEGF 既能刺激新血管生成，也會破壞血腦屏障（BBB）加劇水腫。亞急性期局部遞送 VEGF 可平衡修復與損傷，而全身給藥可能有害。MMPs 參與的 ECM 重塑與 BBB 通透性升高密切相關。值得注意的是，老年患者的血管生成能力下降，而干細胞治療可能通過增強血管重塑改善預后，需進一步在老年模型中驗證 NSCs 對血管生成的調節作用。

神經發生與血管生成的偶聯及干預意義

內源性神經發生在中風后被激活，NSCs與內皮細胞通過神經營養因子（如 VEGF）形成功能偶聯，共同促進神經血管修復。然而，內源性修復能力有限，需外源性NSCs補充以增強療效。星形膠質細胞在早期具有保護作用（如清除谷氨酸、促進血管生成），但慢性期形成的膠質瘢痕會阻礙恢復。這為早期干細胞干預提供了理論依據——通過調節神經血管單元微環境，抑制過度膠質化，從而突破內源性。

多效性神經干細胞移植治療缺血性中風

大腦在最初的缺血性損傷期間會發生顯著變化。NSC 移植的時機對于修復和再生治療作用至關重要，可改善缺血性中風復雜、多因素的病理生理學。移植的 NSC 會釋放治療性營養因子，以重塑腦組織并促進神經元可塑性。

NSC 分泌的腦源性神經營養因子 (BDNF) 是一種主要的神經營養因子，可促進神經保護、神經發生并改善中風后的神經系統結果。

首先，神經營養因子 (NTF) 有助于維持神經元健康、ECM重塑和細胞增殖。NTF還能保護神經組織免受廣泛損傷。 VEGF 是一種重要的神經營養因子，可促進血管生成并參與神經組織修復。

其次，VEGF調節血管內皮細胞的有絲分裂和存活，并對缺血性損傷提供神經保護作用。當使用 SU1498 和 Flt-1Fc 藥物抑制VEGF時，NSC介導的保護作用會顯著受阻。

第三，其他神經營養因子如睫狀神經營養因子、神經膠質細胞系衍生的神經營養因子和神經生長因子也有助于神經保護和修復。

最后，除了分泌神經功能因子（NTF）外，植入的神經干細胞還能產生具有電生理活性的功能性神經元，這些神經元可以與宿主神經元建立適當的突觸連接。

早期干預的時間窗與聯合策略

神經干細胞移植的最佳時機為中風后亞急性期（24小時-7天），此時可與藥物治療（如米諾環素）協同作用，通過減輕炎癥和 BBB 損傷保護神經元。臨床前研究證實，中風后24小時移植NSCs能顯著縮小梗死體積，其快速療效與NSCs的抗炎和促修復因子分泌密切相關。

血腦屏障（BBB）保護的核心機制——MMPs與緊密連接調控

NSCs 通過抑制 MMP-9 活性保護 BBB：MMP-9 降解 ZO-1 等緊密連接蛋白，導致 BBB 滲漏，而 NSCs 移植可下調 MMP-9 表達，維持 ZO-1完整性。這一作用在老年小鼠和延遲 tPA 治療模型中均被驗證，提示 NSCs 可能減輕 tPA 引發的出血風險，擴展溶栓治療的安全窗口。

炎癥級聯反應的負向調控

缺血性中風激活星形膠質細胞和小膠質細胞，并由于BBB通透性增加導致炎癥細胞浸潤受影響的組織。中風早期的 NSC 輸送可減弱這種復雜的炎癥信號級聯反應（圖2: NSC通過降低促炎介質（包括TNF-α、IL-1β、IL-6、MCP-1 和 Iba-1）來改善缺血性損傷。

研究表明NSC通過影響細胞外微環境和減少神經炎癥，在BBB完整性和腦缺血功能恢復中發揮重要作用。因此，實施干細胞療法進行免疫調節并針對大腦中的促炎信號級聯可能是早期缺血性中風的有效治療策略。

NSC 可在中風腦中分化為功能性神經元，并具有多效性旁觀者效應。這些旁觀者效應包括減弱血腦屏障 (BBB) 破壞、增加血管生成和調節缺血性中風后的免疫反應。

長期修復的核心機制 —— 血管生成與神經發生偶聯

早期 NSCs 移植通過促進血管生成改善長期預后，其作用與神經發生緊密偶聯。臨床前研究表明，移植后的 NSCs 可分泌 VEGF 等因子，刺激內皮細胞增殖（如 BrdU+/vWF + 細胞增加），并在梗死周邊區形成新生血管網絡。即使在老年或缺血再灌注模型中，這種血管保護效應仍持續存在，為神經修復提供必要的營養和氧氣支持。

細胞替代的有限性與旁分泌主導作用

盡管早期移植的NSCs可分化為神經元和膠質細胞，但其分化效率較低且多數細胞保持未分化狀態。更關鍵的是，NSCs 通過旁分泌效應（如釋放BDNF、GDNF）激活內源性神經發生，而非直接替代受損神經元。這一發現解釋了為何即使細胞替代比例有限，早期移植仍能顯著改善長期預后。

神經系統結果改善的臨床意義與證據鏈

神經行為改善被認為是評估長期中風結果的黃金標準。改良神經系統嚴重程度評分 (mNSS) 測試顯示，當在中風大鼠腦中 24 小時時植入 hNSCs 時，移植兩周后神經功能得到改善。

多項動物研究一致顯示，早期 NSCs 移植可通過保護 BBB、抑制炎癥和促進神經血管重塑，實現長期神經功能的持續改善。從感覺運動測試（前爪黏附物移除）到運動協調性評估（轉棒試驗），移植組在數周至1個月內均表現出優于對照組的行為學恢復，且這種改善與梗死體積縮小、MMP-9活性抑制及緊密連接蛋白表達恢復直接相關。這些結果為NSCs 早期干預進入臨床提供了關鍵的功能學證據。

結論

為了解決神經血管疾病復雜的病理生理學，治療策略包括藥理學、遺傳學和基于細胞的組織工程。NSC 可以單獨使用，也可以與可以協同發揮作用的其他干預措施結合使用。具體而言，NSC具有抗炎作用，可以減輕早期卒中延遲的 tPA 相關不良反應。

據報道，在慢性卒中期提供人類NSC的1期和 2 期臨床試驗沒有顯示出安全問題，并且改善了運動恢復。然而，在亞急性卒中期提供干細胞可能通過改善早期卒中損傷并進而改善晚期卒中結果而使更多患者受益。因此，需要更深入地了解早期卒中損傷并確定最佳的干細胞策略，才能成功轉化。

參考資料：Hamblin MH, Lee JP. Neural Stem Cells for Early Ischemic Stroke. International Journal of Molecular Sciences. 2021 Jul;22(14):7703. DOI: 10.3390/ijms22147703. PMID: 34299322; PMCID: PMC8306669.

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