成人神经再生的多功能策略：干细胞移植修复受损大脑的途径

外伤或中风引起的脑损伤是成人死亡和残疾的主要原因。不幸的是，很少有干预措施对脑组织损伤后修复有效。

在关于内源性神经发生是否确实发生在成年人脑中的长期争论之后，现在有大量证据支持其发生。尽管损伤通常会显着刺激神经发生，但神经干/祖细胞内源分化的修复潜力通常不足。另外，外源干细胞移植在动物模型中显示出有希望的结果，但长期存活率差和神经元分化效率低等局限性使其在临床应用中仍然具有挑战性。

在这篇综述中，我们旨在总结成人神经发生三个不同方面的历史研究和最新进展：内源性神经发生、外源性干细胞移植和直接胶质细胞到神经元的转换。

内源性神经发生：关于神经再生基础的争论

20世纪初，西班牙著名神经科学家Ramon y Cajal声称神经发生仅发生在胚胎发育过程中。因此，几十年来人们一直相信成人大脑中不会出现新的神经元。Altman（1962）通过提供第一个证据证明成年啮齿动物大脑中可以产生新的神经元，对这一观点提出了挑战。虽然随后的证据支持这种可能性，但相应的放射自显影和组织学技术被认为是有争议的，并且多年来对这一新兴领域的关注较少。20世纪90年代，基于抗体的生物标志物检测方法等新技术的迅速发展，越来越多的证据进一步支持了成年啮齿动物大脑中神经发生的存在。

室下区（SVZ）和颗粒下区（SGZ）是成年啮齿动物大脑中两个特征明确的神经源性生态位。然而，神经发生是否发生在成年人身上仍然存在争议。因此，在解决改善ABI结果的神经源性策略之前，有必要考虑支持或反驳这一重要概念的论点。

经典神经源性生态位：嗅球、纹状体和皮质中SVZ衍生的神经发生

二十多年前，成年神经发生领域的先驱团体之一Alvarez-Buylla及其同事将SVZ星形胶质细胞鉴定为成年啮齿类动物大脑中的神经干细胞 (NSC)。后来研究人员发现，在小鼠和大鼠中，SVZ中的NSC可以通过迁移到纹状体或皮层并分化为神经元来对中风引起的脑损伤做出快速反应。动物研究中鼓舞人心的结果使许多科学家和临床医生相信通过刺激SVZ内源性神经发生来促进纹状体和皮质中风后神经修复的可行性。新方法为成人大脑中神经发生的存在提供了新的证据。

经典神经发生生态位：海马SGZ衍生的神经发生

海马体是学习和记忆最重要的大脑区域。它非常容易受到脑损伤，并且也受到痴呆症，特别是阿尔茨海默病的影响。齿状回SGZ中的NSC可以补充海马神经元，以整合到现有的神经回路中。20世纪90年代，Fred Gage小组报告了大鼠和小鼠的年龄依赖性海马神经发生。啮齿动物的神经源性活动可以通过丰富的环境和跑步来增强。

新颖的神经源性生态位

啮齿类动物的成年神经发生可能不仅限于SVZ和SGZ，因为在其他脑区也有报道，如下丘脑、黑质和杏仁核。与SVZ和SGZ相比，这些大脑区域的神经发生似乎表现出年龄依赖性下降。随着人类研究的深入，探索这些新的潜在神经源性生态位是否可能在损伤后恢复中具有治疗相关性将会很有趣。

总而言之，经典神经源性生态位中的成体神经发生在啮齿类动物中得到了充分研究，但在人类中仍然存在争议。表格1）。

神经源性生态位	主要技术	成人神经发生	参考
SVZ	免疫染色	不	萨奈等人，2011
		是的	金等人，2006
	IdU 标记、14 C 标记、免疫染色	是的	恩斯特等人，2014
SGZ	BrdU 标记、免疫染色	是的	埃里克森等人，1998
	14 C标记、免疫染色	是的	斯伯丁等人，2013
	免疫染色	是的	丹尼斯等人，2016
		不	诺盖拉等人，2018；索雷尔斯等人，2018
	体视免疫染色	是的	博尔德里尼等人，2018
	单细胞测序、免疫染色	不属于人类	弗兰吉克等人，2022
		是的	周等人，2022

目前可以获得大量有关健康成人神经发生的信息，并且在TBI或中风患者中，只要可以获得高质量的大脑样本。在许多创伤性脑损伤和中风病例中，皮质、纹状体和海马体是受影响的关键大脑区域。如果成年人的神经发生在这些区域得到证实，那么开发增强内源性神经发生的药物策略对于补偿神经元损失可能非常有价值。

然而，由于内源性神经发生在成年人中似乎充其量也极其有限，因此依靠这种机制可能不足以切实改善患者的治疗结果。因此，需要探索利用外源性神经源的补充策略来恢复ABI病例的神经功能。

外源干细胞移植：安全且有效？

由于内源性神经发生可能不足以修复脑损伤，因此引入外源性干细胞成为一种有前途的补充或替代策略。近年来，干细胞移植已在动物模型中广泛探索，以治疗脑和脊髓损伤以及神经退行性疾病。尽管这些研究证明了不同干细胞疗法在动物模型中具有强大的神经保护和神经修复能力，并引发了多项临床试验，但目前尚不清楚这些策略是否有益于脑损伤患者。

干细胞的来源

干细胞的常见来源：包括间充质干细胞/基质细胞 (MSC)、胚胎干细胞 (ESC)、诱导多能干细胞 (iPSC) 和神经干细胞，所有这些细胞至少可以在体外分化为成熟的神经元。

干细胞治疗常用的不同干细胞的特点总结如下：表2

细胞类型	来源	优势	坏处	参考
间充质干细胞	各种成人组织	来源广泛，伦理问题较少，移植排斥和肿瘤发生的风险低	神经分化能力有限	乌鲁蒂亚等人，2019；Fričová 等人，2020
神经干细胞	流产胎儿的大脑	神经分化的比能力	来源极其有限，存在重大伦理问题、移植排斥和肿瘤发生的风险	哈里森，2012；Fričová 等人，2020
胚胎干细胞	胚胎	高效神经分化	来源有限和主要伦理问题、移植排斥和肿瘤发生的风险	Fričová 等人，2020；瓦拉德兹-巴尔巴等人，2020
诱导多能干细胞	原则上任何组织，通常是皮肤或血液	来源无限，无伦理问题，移植排斥风险低	操作过程中基因组的不稳定性、技术/经济障碍、致瘤风险	Fričová 等人，2020；瓦拉德兹-巴尔巴等人，2020

干细胞移植治疗脑损伤的动物研究

迄今为止，人们已经做出了大量努力来研究干细胞移植对啮齿动物脑损伤模型的影响。二十多年前，静脉注射大鼠骨髓来源的间充质干细胞被用于治疗大鼠脑缺血性损伤。

为了更好地适应潜在的临床并发症，后来的研究将非人类灵长类动物甚至人类干细胞引入啮齿动物模型中。例如，移植用视黄酸处理的猴源ECS来诱导神经细胞，可显着改善实验性脑损伤小鼠的运动功能。

此后不久，据报道，在中风小鼠模型中，猴胚胎干细胞诱导的神经元祖细胞在移植后存活并增殖直至4周。同样，之前的研究表明，人类胎儿神经干细胞在移植到缺血性中风大鼠体内后至少4周内会分化为神经元并增殖。

干细胞移植治疗脑损伤的临床试验

这些有希望的结果加速了干细胞疗法在创伤性脑损伤、中风和其他脑损伤的临床试验中的应用。

在一项涉及97名治疗TBI患者和69名对照TBI患者的临床试验中，通过腰椎穿刺将自体骨髓来源的间充质干细胞移植到蛛网膜下腔后，未报告明显的不良反应，并且运动功能得到改善。通过类似的程序，使用脐带间充质干细胞和胎儿神经和造血细胞的疗法也表现出安全性，但在TBI恢复中的疗效有些有限。

对于中风治疗，改良的骨髓间充质干细胞（SB623细胞）被认为是安全的，并且在一项包含18名患者的I/IIa期研究中提供了显着的临床改善。一项对65名接受干细胞治疗和58名接受安慰剂治疗的患者进行的随机对照II期研究表明，静脉注射多能成体祖细胞通过了安全性评估，但主要终点神经功能恢复尚未达到。

此外，一项针对23名中风患者的多中心单臂研究得出结论，胎儿神经干细胞脑内植入是可行的，并且可以适度改善上肢功能，其中一名患者在治疗3个月后有所改善，三名患者在治疗6-12个月后有所改善。

尽管试验间差异较大（即累积移植细胞剂量从1×106至1×109个细胞不等），但干细胞移植的安全性和可行性已在几乎所有临床试验中得到证实，不良反应可接受且较低肿瘤发生的机会。然而，必须指出的是，几乎所有已发表的临床研究都是I/II期试验，治疗组患者少于100名。尽管有一些迹象表明某些适应症有好处，但统计功效不足以得出干细胞治疗后神经功能恢复显着改善的结论，而且主要终点主要显示治疗组和对照组之间差异不大。表3）。

ABI型	临床试验类型	患者体型	干细胞类型/剂量	主要结论	参考
创伤性脑损伤	非随机、开放标记、干预性队列研究	97例接受治疗，69例控制	骨髓间充质干细胞/5×10 6	97名患者中有38名的意识或运动功能得到改善	田等人，2013
	随机、单盲对照临床研究 (ChiCTR-TNRC-11001528)	20名治疗者和20 名对照者	UC-MSCs/4×10 6	通过FMA和FIM 评估改善神经功能	王等人，2013
	随机研究，未指定	38名治疗者和38 名对照者	人胎脑、神经及造血肝组织/200×10 6	治疗促进意识觉醒和神经康复
缺血性中风	单臂、开放标签研究、I/IIa 期试验 (NCT01287936)	18名患者接受治疗（3组，每组6名患者）	改良BM-MSC (SB623)/2.5×10 6、5.0×10 6或10×10 6	治疗与12个月时的改善相关	斯坦伯格等人，2016
	随机、双盲、安慰剂对照、II 期试验 (NCT01436487)	65名接受治疗的患者和58名接受安慰剂的患者	多能成体祖细胞/4×10 8 –1.2×10 9	主要终点无显着改善	赫斯等人，2017
	多中心、单臂、开放标签研究 (EudraCT 2012-003482-18)	23治疗	人胎儿NSCs/2×10 7	23名患者中有4名上肢运动得到改善	缪尔等人，2020

胶质细胞到神经元的直接转换：损伤后神经发生的新时代？

与其他类群相比，哺乳动物的神经胶质细胞比例较高。在无脊椎动物模型（如秀丽隐杆线虫或黑腹果蝇）的大脑中，神经胶质细胞的比例不到25%。相比之下，小鼠大脑中约65%的细胞是胶质细胞。早期研究表明，人脑中约有一万亿个神经胶质细胞，神经胶质细胞与神经元的比例为10:1。然而，最近的证据表明，胶质细胞与神经元的比例为1:1更准确地描述了成人大脑，胶质细胞的数量估计下降到4000-1.3亿个。有趣的是，在成人大脑中，包括星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞前体（OPCs）在内的胶质细胞可以不断产生子细胞。

如果神经胶质细胞向神经元的转化真的发生了，那么神经胶质细胞就可能代表一个内源性的、几乎无限的细胞池，用于补充脑损伤后失去的神经元。我们将重点关注ABI的潜在治疗应用，并在下文中总结了 “神经胶质细胞到神经元 “细胞转换的最新进展。

星形胶质细胞到神经元的重编程

虽然星形胶质细胞和神经元最初都起源于NSCs，但这两种细胞类型最终都产生于特定的、命运受限的（神经元和胶质细胞）祖细胞，它们表现出不同的分化路径。因此，通过简单而可行的重编程方法发现从星形胶质细胞到神经元的直接转换路径是一项重大突破。

OPC到神经元重编程

成熟的髓鞘化少突胶质细胞为大型神经轴突提供髓鞘，对保障神经连接至关重要。然而，人们认为它们的增殖潜力极为有限。相比之下，广泛存在于中枢神经系统（CNS）灰质和白质区域的一小部分表达NG2的OPCs，可以很容易地增殖并分化成成熟的少突胶质细胞。尽管OPCs具有干细胞特性，但其是否也能生成星形胶质细胞和神经元仍存在争议。2008年，Rivers等人报告说，NG2+胶质细胞主要能在前脑产生少突胶质细胞，在较小程度上能产生神经元，但不能在灰质或白质产生星形胶质细胞。因此，需要更多确凿证据来说服科学家和临床医生相信在体内对NG2+胶质细胞进行重编程的可行性。

小胶质细胞到神经元的重编程

小胶质细胞是特化的中枢神经系统驻留巨噬细胞，来源于胚胎卵黄囊中的原始髓样前体细胞。在大多数研究中，研究人员关注的重点是小胶质细胞的吞噬功能，如清除受损神经元的碎片，以及它们在中风后神经炎症中作为促炎和抗炎状态调节器的双重作用。

表4总结了神经胶质细胞-神经元直接重编程的主要研究成果。

有趣的一点是，在所有类型的中枢神经系统损伤中，包括中风、创伤性脑损伤和脊髓损伤，神经胶质疤痕都会迅速形成，并在初期起到防止损伤扩大的屏障作用。然而，在慢性恢复阶段，神经胶质疤痕会抑制神经再生并诱发神经炎症反应。胶质疤痕主要由反应性星形胶质细胞组成，此外还有NG2+胶质细胞和小胶质细胞，它们在损伤后会被激活并迅速增殖。

如上所述，据报道，所有这三种类型的胶质细胞都可能具有直接重编程为神经元的能力。这为治疗脑损伤提供了一种诱人的策略：抑制胶质细胞的活化以限制胶质疤痕的形成并减轻过度炎症，同时利用胶质细胞的增殖能力将其重新编程为功能性神经元。

结论与展望

神经元损伤的特征是ABI后立即发生，并且在慢性阶段损伤将进一步加剧，导致进行性神经元死亡。为了尽量减少或防止这种结果，确认成人神经发生的存在至关重要。然而，考虑到成人大脑中的神经发生似乎非常有限，即使在受伤后迅速受到刺激，这种机制也可能是不够的。另外，外源干细胞移植已在临床试验中显示出安全性和可行性；然而，其疗效仍有待III期研究验证。

同样，神经胶质细胞向神经元转化的进展为脑损伤后的神经发生开辟了一条新途径，但其可靠性仍不确定。目前关于成体神经发生的基础及其通过干细胞移植和神经胶质细胞到神经元转换进行神经修复的潜力的知识总结于图1。

尽管神经发生在成人大脑中的存在仍存在争议，但预计损伤刺激的神经发生只能在有限程度上弥补神经元的损失。外源移植间充质干细胞、胚胎干细胞、神经干细胞或诱导多能干细胞被认为可替代性地增强损伤后的神经发生，并已在临床试验中进行了评估。

最近的研究进一步提出，神经胶质细胞（包括星形胶质细胞、OPCs和小胶质细胞）有可能重编程为神经元，并在脑损伤后补充神经元群体，这为脑损伤治疗提供了一条新途径。

研究技术的不断改进正稳步拓宽我们在成体神经发生领域的知识。总之，尽管仍然存在巨大的障碍，但毫无疑问，利用定向干细胞移植疗法修复大脑的新时代已经到来。

参考资料：Zhao J, Liu S, Xiang X, Zhu X. Versatile strategies for adult neurogenesis: avenues to repair the injured brain. Neural Regeneration Research. 2024 Apr;19(4):774-780. DOI: 10.4103/1673-5374.382224. PMID: 37843211; PMCID: PMC10664121.

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