用于细胞医药产品的人类神经干细胞

神经干细胞是开发再生疗法的一种有吸引力的工具，并且正在针对多种神经系统疾病的临床试验中进行测试。人神经干细胞可以从中枢神经系统分离，或者可以在体外源自多能干细胞。胚胎来源在伦理上存在争议，而其他来源的特征不太明确和/或效率低下。最近，有报道从脊柱裂和脑室内出血患者的脑脊液中分离出 NSC。如果确保重编程细胞的遗传和表型稳定性，直接重编程可能成为另一种选择。

在这里，我们讨论了用于生产临床应用细胞疗法的可用神经干细胞来源的优点和缺点。我们回顾了现有的安全性和有效性临床数据，并讨论了制造临床级细胞产品以实现成功临床应用的可扩展性和质量控制注意事项。

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什么是神经干细胞？

神经干细胞（NSC）是自我更新的多能细胞，在发育过程中产生神经元和神经胶质细胞并维持大脑稳态。NSC有可能迁移到受损区域以促进功能和结构组织修复。此外，NSC具有分泌可刺激内源性修复机制的营养因子（例如胶质细胞源性和脑源性神经营养因子）的能力。与间充质干细胞（MSC）类似，NSC可以发挥免疫调节作用，神经干细胞移植已被证明可以抑制T细胞增殖。所有这些特性使得NSC对于再生疗法具有吸引力，特别是考虑到自我修复能力有限以及大多数中枢神经系统 (CNS) 疾病缺乏有效的治疗方法。

在这里，我们讨论人类NSC的可用和潜在来源的主要优点和缺点、其安全性和有效性的当前证据，以及开发临床级NSC医药产品的可扩展性和质量控制考虑因素。

到目前为止，大多数临床试验都使用胎儿NSC（fNSC），但来自其他来源（例如多能干细胞（PSC）的 NSC也越来越多地进入临床阶段。此外，原发性NSC的新来源，例如脊柱裂的脑脊液 (CSF) 或脑室内出血 (ICVH) 早产儿的脑脊液 (CSF) 已被报道，并且可能在不久的将来可用（图1）。

CNS：中枢神经系统；PSC：多能干细胞；fNSC：胎儿神经干细胞，CSF：脑脊液；Gz-NSC：生发区神经干细胞；NTD：神经管缺陷；iPSC：诱导多能干细胞；ESC：胚胎干细胞；pESC：孤雌生殖干细胞；ntESC：核移植胚胎干细胞；iNSC：诱导神经干细胞。

NSC的特点是表达典型标记物，例如NESTIN或SOX2，并且能够产生所有三种神经外胚层谱系。临床试验中使用的NSC（即干细胞、祖细胞或前体细胞）的干性程度存在一些差异，因为细胞可能不完全同步，并且这些术语有时可以互换使用。另一方面，具有有限分化或增殖潜力的神经细胞，旨在替代特定的功能群体，例如用于髓鞘再生的少突胶质细胞前体细胞、用于支持光感受器的视网膜色素上皮或多巴胺成神经细胞用于帕金森病，它们将脱颖而出，并且将这里不予评述。

通过化学转分化衍生自MSC、外周血细胞或其他体细胞类型的NSC正在一些临床试验中使用，例如用于脊髓损伤或中风。然而，关于这些细胞是否真正是神经细胞存在很多争议，因为缺乏这些细胞生成功能性神经元的证据，并且化学诱导转分化的机制在很大程度上尚不清楚。因此，我们在本次综述中没有包括转分化的NSC。我们也没有包括来自周围神经系统 (PNS) 的NSC，它可以从肠、皮肤、嗅球和其他组织中分离出来，因为它们源自神经嵴，表达不同的标记，并产生不同的后代，包括间充质细胞衍生物，因此代表 NSC的一种明显不同的亚型。

中枢神经系统的神经干细胞

从人胎儿神经外胚层中分离出NSC

迄今为止进行的大多数临床试验都采用从人类胎儿中枢神经系统（大脑和/或脊髓）获得的NSC（表格1）。大多数情况下，组织是从选择性终止妊娠中收集的，这引起了重大伦理问题，并受到许多人基于道德和宗教理由的反对。反堕胎活动人士提出了使用胎儿组织可能鼓励妇女堕胎的想法，尽管没有证据表明使用胎儿组织用于治疗或商业目的会增加选择堕胎的数量。然而，fNSC的使用存在社会争议并受到严格监管，在一些国家被禁止。

细胞类型	疾病	ClinicalTrials.Gov 标识符	阶段	地点	起始年份	剂量	输注途径	首席研究员	制造商	参考
神经干细胞	多发性硬化症	NCT03269071	阶段1	意大利	2017年	0.7–570 万个细胞/千克	鞘内	吉安维托·马蒂诺	Stefano Verri 细胞和基因治疗实验室	未找到
神经干细胞	多发性硬化症	NCT03282760	阶段1	意大利/瑞士	2017年	5-2400万	脑室内	安杰洛·维斯科维	特尔尼细胞实验室	未找到
神经干细胞	肌萎缩侧索硬化症	NCT01640067	阶段1	意大利	2011年	2.25–450万（单边或双边）	椎管内	安杰洛·维斯科维	特尔尼细胞实验室	[ 16 , 17 ]
神经干细胞	肌萎缩侧索硬化症	NCT01730716	阶段2	美国	2013年	2-800万（双边）	椎管内	不详细	神经干公司	[ 18 ]
神经干细胞	肌萎缩侧索硬化症	NCT01348451	阶段1	美国	2009年	0.5-100万（单边或双边）	椎管内	不详细	神经干公司	[ 18 , 19 , 20 , 21 , 22 ]
神经干细胞	神经元蜡质脂褐质沉积症	NCT01238315	阶段1	美国	2010年	500-10亿	脑内	内森塞尔登	干细胞公司	未找到
神经干细胞	神经元蜡质脂褐质沉积症	NCT00337636	阶段1	美国	2006年	500-10亿	脑内	罗伯特·斯坦纳	干细胞公司	[ 23 ]
神经干细胞	帕金森综合症	NCT03128450	第2/3阶段	中国	2017年	400万	鼻腔	李杰	上海安吉康生物科技合作。	未找到
神经干细胞	缺血性中风	NCT03296618	阶段1	中国	2012年	12-8000万	颅内	徐汝祥	Neuralstem Inc.（现为 Palisade Bio, Inc.）	[ 24 , 25 ]
神经干细胞	脊髓损伤	NCT02688049	1/2 阶段	中国	2016年	千万	不详细	戴建武,	不详细	未找到
神经干细胞	脊髓损伤	NCT01772810	阶段1	美国	2014年	120万（双边）	椎管内	约瑟夫·恰奇	神经干公司	[ 26 ]
神经干细胞	脊髓损伤	NCT02163876	阶段2	美国/加拿大	2014年	不详细	椎管内	史蒂芬·胡恩	干细胞公司	[ 27 , 28 ]
神经干细胞	脊髓损伤	NCT01725880	1/2 阶段	瑞士	2012年	不详细	椎管内	史蒂芬·胡恩	干细胞公司	[ 27 , 28 ]
神经干细胞	脊髓损伤	NCT01321333	1/2 阶段	瑞士/加拿大	2011年	不详细	椎管内	史蒂芬·胡恩	干细胞公司	[ 27 , 28 ]
神经干细胞	脊髓损伤	NCT03069404	1/2 阶段	瑞士/加拿大	2017年	不详细	椎管内	阿明·科特	干细胞公司	[ 27 , 28 ]
神经干细胞	缺血性脑病	NCT02854579	不适用	中国	2016年	400万	鞘内	左鸾	不详细	[ 29 ]
神经干细胞	年龄相关性黄斑变性	NCT01632527	1/2 阶段	美国	2012年	0.3–100万	视网膜下	史蒂芬·胡恩	干细胞公司	未找到
神经干细胞	地理性萎缩年龄相关性黄斑变性	NCT02467634	阶段2	美国	2015年	不详细	视网膜下	乔尔·诺尔	干细胞公司	未找到
神经干细胞	地理性萎缩年龄相关性黄斑变性	NCT02137915	1/2 阶段	美国	2014年	不详细	视网膜下	大卫·伯奇	干细胞公司	[ 30 ]
神经干细胞	佩利扎乌斯-梅尔茨巴赫病	NCT01005004	阶段1	美国	2009年	3亿	脑内	史蒂芬·胡恩	干细胞公司	[ 31 ]
神经干细胞	佩利扎乌斯-梅尔茨巴赫病	NCT01391637	阶段1	美国	2011年	不详细	不详细	史蒂芬·胡恩	干细胞公司	未找到
神经干细胞	色素性视网膜炎	NCT04284293	阶段1	美国	2020年	0.2–100万	视网膜下	廖大卫	不详细	未找到
国家安全委员会？	脑瘫	NCT03005249	不适用	中国	2016年	不详细	不详细	刘静	不详细	未找到
表达 GDNF 的 fNSC	肌萎缩侧索硬化症	NCT02943850	阶段1	美国	2017年	不详细	椎管内	罗伯特·H·巴洛	不详细	未找到
装载溶瘤病毒的永生化 fNSC v-myc	恶性胶质瘤	NCT03072134	阶段1	美国	2017年	不详细	脑内	马切伊·莱斯尼亚克	不详细	[ 32 ]
fNSC v-myc 永生化 NSC 表达 CD	神经胶质瘤	NCT01172964	阶段1	美国	2010年	10-5000万	脑内	贾娜·波特诺	希望之城	[ 33 ]
fNSC v-myc 永生化表达 CD	神经胶质瘤	NCT02015819	阶段1	美国	2014年	50-1.5亿	脑内	贾娜·波特诺	希望之城	[ 34 ]
fNSC v-myc 永生化表达 CE	神经胶质瘤	NCT02192359	阶段1	美国	2016年	不详细	脑内	贾娜·波特诺	不详细	未找到
fNSC v-myc 永生化表达 CE	神经胶质瘤	NCT02055196	阶段1	美国	2014年	不详细	脑内	贾娜·波特诺	不详细	未找到
fNSC c-myc 永生化（诱导型）	缺血性中风	NCT03629275	阶段2	美国	2018年	20000000	脑内	理查德·贝克曼	再生元有限公司	未找到
fNSC c-myc 永生化（诱导型）	中风	NCT02117635	阶段2	英国	2014年	20000000	脑内	基思·W·缪尔	再生元有限公司	[ 35 ]

使用自然流产中的fNSC可以部分绕过这些问题，但这些流产很少见且不可预测，因此很难规划有效扩大规模的程序。此外，来自自然流产胎儿的细胞可能含有严重的遗传缺陷，需要在细胞分离之前进行仔细的筛选和选择（例如，仅使用由创伤引起的流产）。

与早期移植试验相比，胎儿中枢神经系统组织在解剖后立即移植到患者体内以确保活力，而fNSC体外培养的优化解决了使用新鲜组织的许多主要供应和后勤障碍。另一方面，包括体外细胞扩增步骤，将fNSC的监管分类更改为药品 (FDA/EMA)，并随之要求遵守当前的良好生产规范 (GMP) 和其他法规。

从脑脊液中分离出神经干细胞

我们和其他人最近报道，原发性神经干细胞可以从被诊断患有严重脑室内出血 (IVH) 或神经管缺陷 (NTD) 的婴儿的CSF中分离出来，收集用于诊断或治疗目的。

严重IVH是早产儿的常见并发症，会导致神经干细胞所在的神经节隆起生发区破裂。这种破裂导致NSC脱落到心室空间。在这些患者中进行脑室神经内窥镜检查作为一种治疗方法，以降低颅内压以及高颅内压和血液降解产物的相关有害影响。我们最近证明，神经干细胞可以很容易地从收集的CSF中回收，并且细胞可以有效地扩增和储存，并且不会致瘤。

从活检和尸检材料中分离出神经干细胞

NSC也可以从成人和胎儿中枢神经系统活检或尸检标本中分离出来。它们已从不同的大脑区域中分离出来，包括皮质、室下区、海马体、中脑和脊髓。

多能干细胞衍生的神经干细胞

NSC也可以通过多能干细胞(PSC)的分化获得。人PSC可以源自囊胚期胚胎（胚胎干细胞，ESC）的内细胞团，通过未受精卵母细胞的化学激活（孤雌生殖干细胞，pESC）或核移植（ntESC）获得或通过体细胞的表观遗传重编程产生具有一组确定的转录因子的细胞（诱导多能干细胞，iPSC）（图1）。

诱导神经干细胞

诱导从体细胞类型直接重编程为NSC (iNSC)，无需经过多能状态，可以通过使用特定的转录因子 (TF) 以及有时借助药理化合物来实现。这个过程会导致给定细胞类型的转录组谱发生变化，并获得另一种细胞类型的转录谱，从而失去其自身的表型。最初的研究遵循山中伸弥的策略，将成纤维细胞直接重新编程为神经元。这提供了一种利用强制外源基因表达来获得NSC的新策略，但所得神经细胞仅分裂几次。

临床级神经干细胞疗法：安全性、有效性、可扩展性和质量控制考虑因素

使用NSC产品治疗的患者可能面临的主要安全风险与给药程序、对药物产品（NSC或生产过程中使用的其他试剂）的过敏或免疫反应、肿瘤形成、异位神经元分化导致功能紊乱以及微生物或病毒污染有关。所有这些风险都应通过临床前阶段的体内/体外广泛评估降至最低。利益必须克服风险。

fNSC的安全性已在临床试验中得到广泛证实。而使用多能干细胞-神经干细胞进行的临床试验为数不多，发表的临床试验结果也不多，其安全性仅在动物模型中得到证实，一些报告描述了肿瘤形成的风险。其他来源的造血干细胞，如CSF来源的神经干细胞和诱导神经干细胞，尚未进行临床试验（表2）。

起源	NSC 类型	安全	功效	免疫原性	道德问题	采购	物流/可扩展性	参考
中枢神经系统	神经干细胞	经多项临床试验和动物模型证实安全	一些临床研究描述了积极的结果，但没有一个表明持续康复	需要免疫抑制（仅同种异体设置可行）。	源自人类胎儿，通常来自选择堕胎	难的。道德问题使一些国家禁止采购变得复杂	简单的。一旦获得，细胞就很容易生长和扩大规模	[ 16 ]
	广州NSC	仅在动物模型中得到证实	还没有确定	自体环境中不需要免疫抑制。HLA 高表达可能会阻碍其同种异体的使用	不存在伦理问题，因为原始来源（IVH早产儿的脑脊液）通常会被丢弃，并不意味着患者需要接受额外的手术	难的。很少有IVH 病例且并非所有医院都会对 IVH患者进行治疗性神经内窥镜切除脑脊液。	简单的。一旦获得细胞就很容易生长和扩大规模。自体设置成本高昂，并且由于 HLA高表达而不可能进行同种异体设置	[ 4 ]
	NTD-NSC	仅在动物模型中得到证实	仅在动物模型中得到证实	自体环境中不需要免疫抑制。同种异体治疗所需的免疫抑制。	不存在伦理问题，因为原始来源（NTD 患者的脑脊液）通常会被丢弃，并不意味着患者需要接受额外的手术	难的。被忽视的热带病病例很少	简单的。细胞易于生长和放大	[ 5]
	来自成人活检/尸检的 NSC	安全性已在动物模型和少数临床病例中得到证实	功效已在动物模型和少数临床病例中得到证实	自体环境中不需要免疫抑制。同种异体治疗所需的免疫抑制。	活检采集对患者存在潜在风险	难的。源中的单元格很少	难的。很少有细胞的生长能力可能较低。	[ 54]
PSC	iPSC-NSC	仅在动物模型中得到证实。安全性问题涉及外源转录因子的使用、体细胞突变的富集以及原始体细胞的表观遗传标记未被完全消除的事实。潜在的 PSC 残留导致致肿瘤风险。	仅在动物模型中得到证实	自体环境中不需要免疫抑制。同种异体治疗所需的免疫抑制。	在某些情况下进行侵入性手术以获得用于重编程的初始细胞类型（例如，皮肤成纤维细胞分离）	简单的。用于重编程的初始细胞类型通常很容易获得，例如来自皮肤活检或血液样本	简单的。iPSC 系的建立非常耗时，并且需要经过培训的操作员，但一旦获得PSC细胞，它们就很容易生长，从而可以安全生产许多细胞剂量。	[ 60]
	ESC-NSC	仅在动物模型中得到证实。潜在的PSC残留导致致肿瘤风险。	仅在动物模型中得到证实	需要免疫抑制（仅同种异体设置可行）。	源自人类胚胎	难的。道德问题使一些国家禁止采购变得复杂	简单的。ESC 系的建立非常耗时，并且需要经过培训的操作员，但一旦获得PSC细胞，它们就很容易生长，从而可以安全生产许多细胞剂量。	[ 60]
	胚胎干细胞-NSC	仅在动物模型中得到证实。潜在的PSC残留导致致肿瘤风险。单倍体细胞	仅在动物模型中得到证实	需要免疫抑制（仅同种异体设置可行）。	来自人类卵母细胞（对卵母细胞捐赠者的付款、卵母细胞取出的医疗风险以及对生殖成功的影响的伦理问题，因为可用于生殖目的的卵母细胞较少，因此这可能会受到影响）	难的。道德问题使采购变得复杂。	简单的。pESC 系的建立非常耗时，并且需要经过培训的操作员，但一旦获得PSC细胞，它们就很容易生长，从而可以安全生产许多细胞剂量。	[ 75 , 109 ]
	神经干细胞-神经干细胞	仅在动物模型中得到证实。潜在PSC残留导致致肿瘤风险	仅在动物模型中得到证实	需要免疫抑制（仅同种异体设置可行）。	来自人类卵母细胞（对卵母细胞捐赠者的付款、卵母细胞取出的医疗风险以及对生殖成功的影响的伦理问题，因为可用于生殖目的的卵母细胞较少，因此这可能会受到影响）	难的。道德问题使采购变得复杂。	简单的。ntESC 系的建立非常耗时，并且需要经过培训的操作员，但一旦获得PSC细胞，它们就很容易生长，从而可以安全生产许多细胞剂量。	[110]
直接重编程	神经干细胞	仅在动物模型中得到证实。安全性问题与外源转录因子的使用以及原始体细胞的表观遗传标记未被消除有关。	仅在动物模型中得到证实	自体环境中不需要免疫抑制。同种异体治疗所需的免疫抑制。	在某些情况下进行侵入性手术以获得用于重编程的初始细胞类型（例如，皮肤成纤维细胞分离）	简单的。用于重编程的初始细胞类型通常很容易获得，例如来自皮肤活检或血液样本	简单的。iNSC 系的建立非常耗时，但一旦获得 iNSC，它们通常很容易生长，从而可以安全生产许多细胞剂量。	[80]

CNS：中枢神经系统。fNSC：胎儿神经干细胞，Gz-NSC：生发区神经干细胞；NTD：神经管缺陷；iNSC：诱导神经干细胞；iPSC：诱导多能干细胞；ESC：胚胎干细胞；pESC：孤雌生殖干细胞；ntESC：核移植胚胎干细胞；IVH：脑室内出血；CSF：脑脊液；HLA：人类白细胞抗原。

大多数临床试验将神经干细胞移植到中枢神经系统实质内、脑内或髓内。血管内或脑室内给药可能适用于多灶性或广泛性中枢神经系统疾病，而且可能更安全，但动物实验数据表明，这些途径导致的细胞移植效果不佳，并可能导致异位移植，因此在临床试验中并不常见。有趣的是，目前有一项临床试验正在研究鼻腔给药NSC（NCT03128450，表1）。中枢神经系统损伤后不久进行神经干细胞移植似乎是治疗多种疾病的最合适方法，因为损伤后不久，促进细胞生长的分子比反对可塑性的分子占优势。

虽然使用自体细胞可以减少移植的间充质干细胞引起的免疫反应，但自体疗法成本高昂且难以推广。事实上，目前还没有使用自体间充质干细胞进行临床试验（表1）。

虽然中枢神经系统被认为具有免疫优势，但异体移植方法涉及供体发生免疫反应的风险，可能需要使用免疫抑制疗法（最常见的是环孢素或他克莫司）。在这个意义上，值得一提的是，在使用NSC的临床试验中，与免疫反应有关的不良事件报告很少。不过，异基因造血干细胞移植对免疫抑制的实际需求和最佳方案仍有待在人体中确定。

遗憾的是，有关将基于NSC的产品用于临床的质量控制和测试方法的信息很少。应采用基于风险的分析方法，并参考FDA/USP或EMA/Ph。表3介绍了最常见的释放质量控制测试。

测试	方法	评论
不育	在 TSB 和 TG 培养基（Ph. Eur.2.6.1）或用于自动检测系统的培养基（Ph.Eur.2.6.27）中生长后的浊度测试	不适用
支原体	PCR，培养（欧洲药典 2.6.7）	不适用
内毒素	LAL 测定（欧洲药典 2.6.14）	不适用
外来病毒	PCR、细胞病变效应、其他（欧洲药典 5.2.3 和欧洲药典 5.1.7）[ 138 , 139 ]	应通过风险分析逐案评估要检测的病毒（Ph. Eur. 5.1.7）
细胞数量和群体倍增	血细胞计数器、自动细胞计数器、流式细胞仪（欧洲药典 2.7.29）	不适用
可行性	台盼蓝、钙黄绿素/乙锭、7AAD、PI（欧洲药典 2.7.29）	移植时应高于70%
身份/纯度	流式细胞术 (Ph. Eur. 2.7.24) 、PCR (Ph. Eur. 2.6.21) 、免疫荧光 (Ph. Eur. 2.7.1) 、其他 (Ph. Eur. 5.2) .3）。	应包括可能污染细胞（例如 PSC）的标记
效力	三系分化潜能、神经营养因子表达等（Ph. Eur. 2.6.34）	不适用
致瘤性	核型、CGH 阵列、营养因子依赖性、软琼脂中的集落形成测定、无胸腺小鼠体内肿瘤形成测定（欧洲药典 5.2.3）	不适用
DNA指纹图谱	STR、VNTR（欧洲药典 5.2.3）	不适用

其中许多质量控制检验应证明最终产品中没有微生物或微生物残留物（如内毒素）。应特别考虑病毒污染，尤其是在COVID19大流行的情况下。除无菌处理外，还应通过空气中的微粒和微生物监测技术对每批生产过程进行无菌处理。

结论

神经干细胞移植的治疗潜力已得到科学界的广泛认可，但迄今为止进行的临床研究结果表明，要提高其疗效还需要进一步的研究。胚胎来源存在争议且受到严格监管，阻碍了研究的进展。iPSC衍生的神经干细胞被认为是开发细胞疗法的一个有前途的来源，因为它们不会带来伦理问题，而且是一种可扩展的 “取之不尽 “的来源。

然而，体外生成的PSC-NSC虽然与原代细胞系相似，但并不能真正再现内源性NSC的表型和功能，而且有形成肿瘤的风险。此外，在GMP条件下，重编程和分化过程耗时长、成本高。更新的神经干细胞来源和对细胞神经生物学的更深入了解必将有助于利用细胞疗法修复大脑的宏伟目标。

参考资料：Fernandez-Muñoz B, Garcia-Delgado AB, Arribas-Arribas B, Sanchez-Pernaute R. Human Neural Stem Cells for Cell-Based Medicinal Products. Cells. 2021 Sep 9;10(9):2377. doi: 10.3390/cells10092377. PMID: 34572024; PMCID: PMC8469920.

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