强强联合！神经干细胞与间充质干细胞相互作用成为神经再生一种有前途的方法

近年来干细胞研究的快速发展为其在医学上的应用奠定了坚实的基础。在过去的几年里，针对广泛的适应症启动了数百项临床试验。神经系统的疾病和损伤仍然是再生医学的一个挑战。

神经干细胞（NSC）是中枢神经系统恢复的最佳细胞，因为它们可以分化为成熟细胞，最重要的是，分化为功能性神经元和神经胶质细胞。然而，它们的应用受到多种因素的限制，例如难以获取原材料、细胞数量有限、体外培养存在问题、时间长且昂贵以及伦理考虑。

另一方面，根据现有的临床数据库，大多数涉及细胞疗法的注册临床试验都是使用从胎衣或成人体组织中获得的间充质干细胞/基质细胞/信号细胞（MSC）进行的。间充质干细胞是多能细胞，在体外适当条件下也能分化为神经元样和胶质细胞样细胞；然而，它们的主要治疗作用更多地与分泌和支持特性相关。间充质干细胞作为细胞生态位的天然组成部分，通过免疫调节以及营养因子的分泌影响环境。

近期，国际期刊杂志《细胞》发表了一篇神经干细胞 (NSC) 和间充质干细胞 (MSC) 的相互作用作为大脑研究和神经再生的一种有前途的方法的综述，在这篇综述中，我们讨论了与双边MSC-NSC相互作用、环境条件下MSC向神经细胞（嵴衍生细胞亚群）分化、生物支架或通过重建与NSC共培养相关的各种治疗策略和激活机制。神经细胞生态位的条件。

间充质干细胞和神经干细胞合作的潜在能力

间充质干细胞可以迁移到大脑受损部位，产生神经保护和血管保护作用。此外，它们可以促进受损大脑皮层的细胞再生，而它们的分泌组对脑外伤后的神经元具有有利的影响。

然而，关于MSC是否可以与NSC或其生态位相互作用以提高NSC分化为成熟和功能性神经元的再生能力的研究仍在进行中。间充质干细胞和神经干细胞单独在中枢神经系统中的再生潜力较低，但它们独特的功能可以建立协同关系，这对于增强治疗效果至关重要。神经干细胞移植可以提供新的神经祖细胞，而MSC可以通过佐剂效应和细胞间接触来免疫微环境并支持新生成的神经母细胞的存活和分化（图1）。

神经干细胞生态位

由多种类型细胞和细胞外基质（ECM）组成的复杂环境，以及与每个干细胞群体相关的信号分子，统称为干细胞龛。干细胞龛是维持自我更新能力和多向性NSC分化潜力的局部微环境的关键词因素。

在神经干细胞微环境中，ECM的主要作用集中于神经发育和再生过程，如神经发生、神经修复、神经细胞迁移和轴突生长。ECM的生物物理特性对其功能至关重要，包括弹性、基质孔径、结构和地形。上述生态位成分之间的相互作用如图2所示。

神经干细胞

成人大脑中的神经干细胞以两种状态存在：它们可以是活跃的或静止的，这分别与两个重要的生态位控制过程：神经发生和静止有关。

静止神经干细胞（qNSCs）的特点是新陈代谢率低，对环境信号高度敏感。与其他组织的干细胞不同，NSCs随时都会经历多个激活阶段，从而维持增殖与静止之间的平衡，限制代谢压力，并因此抑制衰老和转化过程。它调节着人脑的神经发生率和神经发生能力。为了防止NSCs过早衰竭，qNSCs表现出细胞周期蛋白依赖性激酶-p57、p27 和p21的表达。染色质链螺旋酶DNA结合蛋白7（CHD7）也有类似的作用。

静止神经干细胞的活化被描述为神经发生的第一阶段。神经发生和胶质细胞生成受到大量协同和拮抗因子的严格控制，如细胞因子、形态发生因子或生态位微环境中的神经递质（图3）。

形态发生因子对胚胎和成年中枢神经系统发育过程中的组织分化至关重要。形态发生因子的基本例子包括BMP信号通过促进NSCs的星形胶质细胞承诺及其静止来调节神经发生；Notch信号诱导NSCs的维持和增殖，也参与中风、阿尔茨海默病和中枢神经系统肿瘤的脑损伤和修复过程；Wnt促进NSCs的静止和自我更新；Shh负责NSC的维持。

神经干细胞治疗当前面临的挑战

近年来，越来越多的证据表明神经干细胞在细胞治疗中的应用具有巨大的重要性。目前，在ClinicalTrials.gov上注册的临床研究多达74项。人们对应用这些干细胞治疗神经系统疾病越来越感兴趣，包括缺血性中风、帕金森病和阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 或脊髓损伤 (SCI)。由于内源性神经干细胞的恢复能力无效，因此对多种来源的NSC进行了测试，包括胎儿和成人CNS衍生的NSC、来自多能干细胞的神经祖细胞以及非神经干细胞：表格1）。

到目前为止，尚未选择理想的可用来源。每个来源都有其优点和缺点，下表总结了这些优点和缺点。

间充质干细胞（MSC）

间充质干细胞是一组高度异质性的细胞，其特征是快速增殖能力、表型可塑性和多向功能细胞类型的分化。与也被广泛研究的胚胎干细胞（ESC）和诱导多能干细胞（iPS）一样，它们是目前再生细胞疗法中最繁荣和最有前途的治疗方法之一。

间充质细胞的主要来源包括：骨髓（BM-MSCs）、脂肪组织（AD-MSCs）、胎盘、脐带组织，主要是沃森氏胶（WJ-MSCs）、脐带血（UCB-MSC）、牙髓、肌肉、真皮等。MSC的获取被认为是一种容易获得、简单且安全的细胞来源。此外，获得ESC或NSC不存在道德困境。间充质干细胞的治疗益处还可以通过将细胞与其他结构（例如生物材料或支架）相结合来获得，这似乎是损伤修复的一种创新方法。

间充质干细胞的支持机制

间充质干细胞具有在损伤部位重新增殖的能力、免疫调节能力以及由分泌活性和外泌体释放组成的旁分泌活性，因此可对受损组织的再生产生重大影响。通过细胞间的接触，间充质干细胞可接收到适当的刺激信号，通过有丝分裂独立地复制出相同的细胞，然后迁移、修复和替代受损细胞。这种交流是由被称为外泌体或细胞外囊泡（EVs）的关键介质促成的。

增加间充质干细胞神经源潜力的策略

在再生医学中，间充质干细胞可用作神经细胞的来源或作为神经干细胞的支持物。在此，我们重点关注两种前景广阔的方法–神经球培养和细胞支架三维培养。

间充质干细胞的当前临床应用和未来展望

使用间充质干细胞治疗神经系统疾病存在许多含糊之处。一些研究显示了几种有益的效果，同时也报道了相反的结果。间充质干细胞在治疗缺血性中风方面的应用已得到广泛研究。人们发现，由于其可塑性，间充质干细胞可以分化成神经元样表型，并具有巨大的免疫调节潜力。临床前结果似乎很有希望，但它们也显示出治疗的许多副作用，包括栓塞、肿瘤形成，甚至β-淀粉样蛋白积累。

此外，在未来的临床干细胞治疗中，应仔细考虑和优化MSC给药途径进入受损神经细胞的安全性和有效性。一些研究表明3D球体作为中风细胞治疗的新策略在治疗应用中具有巨大潜力 。

围绕间充质干细胞治疗的临床用途最常讨论的问题之一是治疗有效增殖的时间限制能力，因为已知MSC密集分裂的潜力在第七代以上显着降低。在这个转变之后，出现一些形态、表型和染色体变化，并且衰老过程开始。间充质干细胞不能再像早期传代时那样强烈地再生和分化。这些特性也与细胞培养的培养基和条件有关。

另一个常见但同样重要的因素是间充质干细胞对环境氧浓度变化的敏感性。有趣的是，5％氧气浓度的缺氧已被证明可以显着增加细胞增殖。对MSC的治疗效果产生巨大影响并影响其异质可塑性的其他因素与干细胞的来源、供者的年龄和个体间差异以及组织采集和分离的程序有关。根据目前的文献，MSCs的表型重编程取决于体外培养过程中的环境变化，可以显着调节再生特性以及细胞移植的安全性。

间充质干细胞和神经干细胞的相互作用

在混合神经球系统中，结构的外壳由NSC形成，而MSC则形成核心。此外，共培养可以改变MSC的分化特征，并且两种干细胞类型的转录特征在共培养期间也会发生改变。

在共培养系统中观察到分化的MSC和NSC之间的相互作用，该系统结合了两种细胞类型的优点（表2）。NSC的体外分化通过与MSC的相互作用得到改善。此外，NSCs还能促进间充质干细胞的神经分化。间充质干细胞不仅能影响分化过程，还能提高NSCs的增殖和存活率。与间充质干细胞共培养可保持神经干细胞的干性，即使在培养基中缺乏表皮生长因子和碱性表皮生长因子的情况下也是如此。细胞间直接接触比MSC条件培养基中的Transwell培养或NSC培养具有更大的优势。

在混合神经球系统中，结构的外壳由NSCs形成，而核心则由神经干细胞形成。此外，共培养可改变间充质干细胞的分化特征，两种干细胞类型的转录特征在共培养过程中也会发生改变。

神经细胞来源	间充质干细胞来源	附加信息	观察结果	参考书目
NSC 和 NPC
成人大脑（m）	脂肪组织（大鼠）	在壳聚糖表面共培养为球体	-促进NSC体外和体内存活	[ 148 ]
成年海马，腹区 (r)	骨髓（大鼠）	BM-MSC和NSC的贴壁培养	-NSCs少突分化增加	[ 150 ]
成年海马 (rm)	骨髓（人）	NSCs在MSCs上培养	-刺激NSC分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞	[ 149 ]
大脑（m）	脂肪组织（米）	NSCs之前照射过， 与MSCs采用transwell系统共培养	-共培养后受辐射的NSC存活率更高-共培养后受辐射NSC的克隆性更高	[ 151 ]
海马NPC (r)m	MSC，ns（人）	NS	-用β淀粉样蛋白治疗的NPC（阿尔茨海默病模型）-经处理的NPC的神经发生增加并增强神经元分化	[ 152 ]
全脑提取物 (r)	骨髓（右）	培养基中缺乏有丝分裂原	-保存NSC的干性	[ 147 ]
胎儿组织 (h)	骨髓（人）	NSC覆盖MSC或MSC覆盖 NSC， 带或不带Notch-1	-NSCs增加Notch-1和Hes-1的表达-NSC增殖增加-NSC的干性增强	[ 145 ]
胎儿组织 (h)	骨髓（人）	Transwell系统共培养	-促进BM-MSCs神经元分化-NGF和BDNF分泌增加	[ 144 ]
细胞系（ATCC，目录#CRL-2925），（m）	脂肪组织（人）	混合共培养， 体外缺血模型	-抑制NSC凋亡	[ 146 ]
NPC 细胞系 (Millipore) (r)	WJ术语和预术语 (h)	直接共培养和Transwell共培养	-直接共培养中NPC胶质标记物的表达增加	[ 10 ]
来自 iPSC 的 NSC (h)	脂肪组织（人）	培养插入物，MSC优于NSC	-预防NSC中脂多糖诱导的核因子-κB (NF-κB) 激活-NSCs和MSCs移植到脊髓损伤大鼠后，疤痕更小，β-III微管蛋白阳性轴突保存更好	[ 153 ]
分化细胞
胎儿脑星形胶质细胞（h）	骨髓（人）	间充质干细胞神经球	-突触形成-电活性神经元的产生	[ 106 ]
星形胶质细胞 (m)	脂肪组织（人）	源自ALS小鼠模型的星形胶质细胞， Transwell系统共培养	-增强谷氨酸吸收-神经保护剂的分泌增加	[ 154 ]
胎儿海马，神经元（m）	UCB（脐带血）	Transwell系统共培养，用 Aβ42处理的神经元（阿尔茨海默病模型）	-预防阿尔茨海默病模型中Aβ42肽引起的突触密度降低	[ 155 ]
从 SH-SY5Y 分化的神经元 (h)	UCB（脐带血）	OGD应激神经元、MSC插入	-拯救神经细胞免于凋亡	[ 156 ]
器官型海马切片 (r)	WJ（沃顿胶）	OGD应激海马切片	-间充质干细胞的神经保护作用-WJ和WJ-MSC 的神经分化增强	[ 75 ]
器官型海马切片 (r)	WJ（沃顿胶）	OGD应激海马切片，transwell系统共培养	-海马细胞凋亡减少和血管萎缩	[ 6 ]

缩写：h—人，m—小鼠，r—大鼠； AT—脂肪组织、BDNF—脑源性神经营养因子、BM—骨髓、iPSC—诱导多能干细胞、MSC—间充质干细胞、NGF—神经生长因子、NPC—神经祖细胞、NSC—神经干细胞、OGD —缺氧葡萄糖，UCB—脐带血，WJ—沃顿胶。

间充质干细胞还能影响神经胶质细胞的分化。研究首先发现间充质干细胞神经球和原代星形胶质细胞的共培养可诱导突触形成，观察到的结构（树突、细胞体和棘突）被确定为神经元的一部分。然后，检测到它们的电活动和动作电位。此外，有报道称间充质干细胞可在氧-葡萄糖剥夺模型中挽救神经细胞凋亡。在与间充质干细胞共培养后，发现ALS小鼠模型中的星形胶质细胞对谷氨酸的摄取增加；在体外阿尔茨海默病模型中，间充质干细胞可防止突触密度降低。

观察到的治疗效果与间充质干细胞和神经干细胞分泌营养因子有关。MSC被证明可以通过增加抗炎细胞因子（TGF-β、IL-6和IL-10）的表达并减少促炎因子（NF-κB和COX-2）的表达来调节应激神经元细胞的存活。MSCs不仅增加了TGF-1的表达，还增加了NSCs中TGF-1受体的表达。此外，抑制TGFβ信号传导会阻断分化过程。

间充质干细胞与神经干细胞联合移植在体内发挥了治疗作用。由于其免疫调节活性，MSC为移植的NSC提供了环境，从而增强了NSC体内的存活率。MSC的存在减少了移植所需的NSC数，导致脊髓损伤后大鼠的功能恢复更大，并延长了患有亨廷顿病的大鼠的治疗效果。据报道，SDF1过表达NSC和MSC的移植可以改善行为功能。

总结

干细胞与伴生/支持细胞之间的相互作用对平衡和组织再生至关重要。在许多器官中，间充质干细胞维持干细胞的存活和转运增殖细胞（TAC）的增殖，然后分化成目标细胞类型。虽然证据尚不充分，但间质作为生态位的组成部分，似乎在静止的间充质干细胞与增殖、分化和从细胞龛迁移的祖细胞之间的平衡中发挥作用。

神经干细胞和间充质干细胞之间也存在同样的相互作用。

• 由于神经干细胞可能是所有神经细胞类型的无限来源，而间充质干细胞则显示出高度的旁分泌活性，因此将它们联合用于治疗神经系统疾病似乎极具前景。

根据现有的科学文献，间充质干细胞和神经干细胞的结合似乎代表了一个有前途的治疗前景（图4）。

• 神经干细胞可以作为分化成成熟神经细胞和神经胶质细胞的细胞来源。
• 反过来，间充质干细胞可以通过神经保护、免疫调节和促血管生成活性支持神经干细胞的移植。使用间充质干细胞的另一个优点是易于从多个来源分离并且不产生肿瘤。

尽管这种相互作用的机制尚未被探索，但其效果已经非常有希望。尽管如此，仍然需要对这种组合的使用进行更多研究，特别是在动物模型和人体临床试验中。

参考资料：Kaminska A, Radoszkiewicz K, Rybkowska P, Wedzinska A, Sarnowska A. Interaction of Neural Stem Cells (NSCs) and Mesenchymal Stem Cells (MSCs) as a Promising Approach in Brain Study and Nerve Regeneration. Cells. 2022 Apr 26;11(9):1464. doi: 10.3390/cells11091464. PMID: 35563770; PMCID: PMC9105617.

免责说明：本文仅用于传播科普知识，分享行业观点，不构成任何临床诊断建议！杭吉干细胞所发布的信息不能替代医生或药剂师的专业建议。如有版权等疑问，请及时跟本公众号联系，我们将在第一时间处理。