缺血性脑卒中具有发病率高、死亡率高、致残率高的特点,严重威胁人类的健康和生活质量。目前,除了急性期溶栓、血管内介入治疗外,尚缺乏理想的治疗手段。

间充质干细胞(MSCs)由于其方便获取、具有多向分化潜能、免疫原性低等特点得到广泛关注。越来越多的研究表明,MSCs诱导的免疫调节可能在卒中后神经损伤修复中发挥重要作用。

研究发现,与对照组相比,接受MSCs治疗的患者上肢功能(FAM-LL)评分更高,表示其上肢运动功能明显改善。

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脑卒中(stroke)俗称中风,包括缺血性脑卒中(脑梗死)和出血性脑卒中(脑实质出血、脑室出血、蛛网膜下腔出血)。

根据世界卫生组织定义,脑卒中指多种原因导致脑血管受损,局灶性(或整体)脑组织损害,引起临床症状超过24小时或致死。具有发病率、致残率、复发率和死亡率高的特点。

脑卒中是中国居民第一位死亡原因。缺血性卒中占所有卒中的75%~90%,出血性卒中只占10%~25%。

随着老龄化时代的到来,卒中的发病率逐年上升,其中急性缺血性卒中(AIS)以致残、致死率高而成为我国老年人的主要疾病之一。

AIS治疗的关键在于尽早开通闭塞血管,挽救缺血半暗带。组织纤溶酶原激活剂(rt-PA)是FDA目前唯一批准用于急性缺血性卒中的静脉溶栓药物,但是由于溶栓相关治疗时间窗窄(发病后<4.5h),且使用溶栓药物有一定的出血风险,在美国仅有约5%的AIS患者接受此项治疗,由此获益的患者数量十分有限。

近年来,以机械取栓为主的早期血管内治疗得到普遍开展,但其仍然存在再通困难、再通后出血、无效灌注等治疗并发症。因此,寻求新的治疗方案进而延长AIS的治疗时间窗,促进神经功能的康复极为重要。

越来越多的证据表明,干细胞移植治疗是促进卒中患者神经功能恢复的有效治疗手段之一。

间充质干细胞(MSCs)由于其方便获取、具有多向分化潜能、免疫原性低等特点得到越来越多的关注。

研究发现,MSCs可以影响脑卒中后神经系统病理进程中的多个环节,包括调节免疫反应、抑制细胞凋亡、促进神经元突触之间的联系、促血管生成等,从而起到修复损伤神经元的作用。其中,MSCs诱导的免疫调节功能参与了卒中后的神经损伤修复,减轻了缺血神经组织的炎症程度,并与更好的神经功能预后相关。

间充质干细胞在中风治疗中的神经损伤修复作用

MSCs在细胞层面的免疫调节

卒中发生后,多形核中性粒细胞(PMN)迅速募集到缺血脑组织中,并通过释放活性氧(ROS)、蛋白水解酶和促炎细胞因子(IL-1、TNF-a)加重脑损伤。

研究发现大脑中动脉栓塞后15分钟内通过立体定向注射MSCs,可以显著减少缺血脑组织的中性粒细胞浸润,并降低缺血组织的基质金属蛋白酶(MMP-9)释放,从而减轻血脑屏障的破坏,改善神经行为功能。MSCs可能通过分泌外泌体的方式抑制中性粒细胞的增殖。

MSCs在分子层面的免疫调节

MSCs通过抑制促炎性因子(IL-1β、IL-1a、IL-12)分泌和促进抗炎性因子(IL-10、IL-22、TGF-β)分泌调节免疫功能120-21]。

研究发现使用IL-la或IL-1β预处理的MSCs后,MSCs分泌粒细胞集落刺激因子(G-CSF)增加,G-CSF能够促进MSCs趋化至损伤部位,诱导脑梗死区域轴突芽生、突触发生和血管生成,增强大脑可塑性。

研究也发现将IL-1预处理的MSCs的条件培养基(CM)添加到细菌脂多糖(LPS)处理的胶质细胞BV2细胞中,会导致炎症标记物减少,而小胶质细胞衍生的抗炎因子I-10分泌增加。IL-10是一种多效抗炎细胞因子,在缺血后的神经元保护中发挥重要作用。

MSCs移植途径

针对卒中的MSCs移植常用的方法包括颅内给药和血管内给药两种途径。颅内给药包括立体定向注射和脑室内注射。

立体定向注射可以直接将MSCs精准移植到梗死区域,使梗死区域及周边可以有更多的移植细胞,但是属于有创操作,可能会引起穿刺部位感染、出血、对脑组织造成一定机械损害的风险,一定程度上限制了其临床应用。

血管内给药包括静脉内(IV)注射和动脉内(IA)注射。静脉内给药是目前最常见的给药途径,具有操作简单、侵袭性小及可重复性强的特点。动脉输送能够绕过肺、肝器官,有助于更高水平的MSCs到达损伤部位。

MSCs临床应用

韩国首尔成均馆大学医学院三星医疗康复中心和韩国庆尚国立大学医学院神经内科的临床研究人员在行业期刊Stroke上发表了题为Efficacy of intravenous mes-enchymal stem cells for motor recovery after ischemic stroke: aneuroimaging study(静脉注射间充质干细胞对缺血性卒中后运动恢复的疗效:一项神经影像学研究)的临床研究报告。


在这项采用盲法结果评估的前瞻性、开放性、随机对照试验中,患有严重大脑中动脉区域梗死的患者被分配到间充质干细胞(MSC)治疗组或对照组(NCT01716481)。

在完成干预的54名患者中,31名MSC患者和13名对照组患者被纳入该神经影像分析。使用Fugl-Meyer评估量表在干预前和随机分组后90天评估运动功能。神经影像学测量包括来自扩散张量磁共振成像的皮质脊髓束和内囊后肢的分数各向异性值,以及来自静息态功能磁共振成像的运动网络的连接强度、效率和密度。

对于运动功能,与对照组相比,MSC组的Fugl-Meyer评估评分的改善率显著更高。在神经影像学中,皮质脊髓束和内囊后肢的各向异性分数在MSC组中没有降低,但在对照组中随机分组后90天显著降低。MSC组的半球间连接和同侧连接显著增加。半球间连接的变化显示了显著的组间差异。

研究结论,基于干细胞的治疗可以保护皮质脊髓束免受变性,并增强网络重组中的积极变化,以促进中风后的运动恢复。

参考文献:

Lee J, Chang WH, Chung JW, et al. Efficacy of intravenous mes-enchymal stem cells for motor recovery after ischemic stroke: aneuroimaging study[J]. Stroke, 2022, 53(1): 20-28. DOI: 10.1161/STROKEAHA.121.034505.