治疗脑瘫新途径：脐带血干细胞移植治疗脑瘫的作用机制

脑瘫 (CP) 包括一组影响运动、肌张力和/或姿势的持续性非进行性疾病。CP患者一生中的全部经济损失给全世界的此类患者及其家人带来了沉重的经济负担；然而，仍然缺乏彻底的治愈方法。

引起脑瘫的因素有哪些：通常，缺氧引起的脑损伤、遗传因素、突变和其他几种假设理论（包括感染/炎症）可能导致脑组织发育不良，从而导致神经元功能丧失。

脑瘫症状表现：据统计，脑瘫患者除神经系统症状外，还有其他症状，如：疼痛（75%）、智力障碍（50%）、无法行走（33%）、无法说话（25%）、癫痫 (25%)、失禁 (25%) 和失明 (10%) 。

然而，目前仍然缺乏彻底的治愈方法。

干细胞已被用于许多实验性CP动物模型并取得了良好的效果，这取决于两个基本特性：自我更新（产生相同细胞的能力）和多能性（产生多种细胞类型的能力）。

治疗脑瘫新途径：脐带血干细胞移植治疗脑瘫的作用机制

基于脐带血 (UCB) 的干预措施正在成为一种科学上合理的治疗方法，并且可能治愈CP。干细胞已被用于许多实验性CP动物模型并取得了良好的效果。根据动物模型和临床试验的发现，与其他类型的干细胞相比，UCB干细胞在治疗安全性和有效性、伦理学、非肿瘤增殖、可及性、易于保存和免疫反应调节方面具有优势。目前，由于UCB的成分复杂且具有不同的治疗机制，因此基于UCB的CP干预措施的使用受到限制。这些可以分为三个方面：归巢和神经再生、营养因子分泌和神经保护作用。

大连医科大学第一附属医院干细胞临床研究中心在一篇文章综述中总结了脐带血干细胞活性成分的特征及其治疗脑瘫的作用机制。这篇综述重点介绍了有关脐带血干细胞移植的当前研究结果和临床证据，这些研究结果和临床证据有助于提供治疗建议、为治疗干预决策提供信息，并有助于指导未来的研究。

脐带血干细胞治疗脑瘫的机制

细胞治疗研究中涉及的脐带血干细胞成分显示在表格1。与其他类型的干细胞相比，来自UCB的干细胞在CP治疗安全性和有效性 、伦理学、非肿瘤增殖、可及性、易于保存和免疫反应调节等方面具有优势，基于动物模型和临床试验的发现。

在动物研究中，脐带血细胞疗法取得了实质性进展（迁移至位点、改善功能丧失和预防白质损伤）。令人鼓舞的是，在临床试验中，脐带血干细胞治疗已被证明是一种安全、可行且潜在有效的CP治疗方法，特别是在患者的运动功能恢复和急性期后新生儿脑损伤中。

CB-MSCs：脐带血间充质干细胞；CB-USSCs：脐带血来源的非限制性成体干细胞；CB-CBEs：脐带来源的胚胎样干细胞；CB-MPCs：脐带血来源的多能祖细胞；CB-EPCs：脐带血来源的内皮祖细胞；CB-Tregs：脐带血来源的T调节细胞；CB-MDSCs：脐静脉间充质干细胞；WJ-MSCs：沃顿氏胶质间充质干细胞；SSEA：阶段特异性胚胎抗原；HLA：人类白细胞抗原；VEGF：血管内皮生长因子；MAC-1：巨噬细胞-1抗原。

处理机制可归纳如下：

归巢促进神经再生：干细胞的归巢作用是活化的干细胞注入靶脑组织后，沿浓度梯度定向迁移，并发挥再生功能的全过程。

营养因子的分泌：普遍认为，归巢后，干细胞以旁分泌方式分泌神经营养因子、细胞因子、免疫调节因子和血管生成因子；这些被认为是最重要的治疗机制。

免疫调节和神经保护：UCB单核/全血细胞在围产期缺血缺氧脑模型中可以降低炎症反应以治疗损伤。

必须指出的是，这三种作用机制在细胞治疗过程中是密不可分的。归巢细胞在受伤部位定居并参与神经元、神经胶质细胞、轴突和组织周围血管的形成。

• 归巢细胞以旁分泌方式释放神经营养因子，促进神经元和血管再生，释放炎症和抗炎因子保护生长环境。早期炎症是有益的，Treg调节对于再生至关重要。大多数非归巢细胞还释放大量可溶性分子或以EV细胞的形式传递血管生成因子、细胞因子甚至miRNA以促进再生。更多的组织再生放大了对修复损伤的影响（图1)。为了详细说明每个细胞或因子在UCB中的作用并找到合适的补充治疗方案，我们分别描述这三种机制。

从采集的脐带血中分离出五种常见成分（HSPs、MSCs、EPCs、Tregs、MDSCs），分别通过归巢和神经再生、营养因子分泌、免疫调节和神经保护等机制实现治疗效果。这三种治疗机制也是相互关联的。

结果和展望

脐带血干细胞移植治疗脑瘫的临床试验

自2018年6月25日以来，共有18项使用脐带血干细胞治疗脑瘫的临床试验已在clinicaltrials.gov注册（表2)（ NCT01486732和NCT03203941中未上传的注册数据），包括10项已完成的研究（不包括HIE）。然而，当麦克唐纳等人。发表了他们的评论（2017年9月），CP的临床试验只有11项（仅完成了4项）。现在正在设计和完成更多的临床试验，表明UCB是CP的有效选择。

表2：使用脐带血治疗脑瘫的临床试验。从ClinicalTrials.gov获得的信息。

NCT Number	Title	Status	Interventions	Study type	Outcome measure	Population	Research purposes
01639404	Umbilical Cord Blood Therapy for Children With Cerebral Palsy	Complete	UCB+ Rehabilitation	Single Group; Open Label	Motor Performance; Standardized Gross Motor Function; Cognitive; Visual Perception Test;	Enrollment:17 (6M-12Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
01528436	Umbilical Cord Blood Therapy for Cerebral Palsy	Complete	UCB+ Rehabilitation	Randomized; Parallel; Quadruple	Gross Motor Function; Cognitive; Visual Perception Test; Muscle Strength; Brain Glucose Metabolism;	Enrollment:37 (6M-20Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
01193660	Allogenic Umbilical Cord Blood and Erythropoietin Combination Therapy for Cerebral Palsy	Complete	UCB+EPO+R/UCB/EPO	Randomized; Parallel; Quadruple	Gross Motor Function; Cognitive; MRI; Brain Glucose Metabolism; 18F-FDG; Muscle Strength	Enrollment:105 (10M-10Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
02599207	Assessment of the Safety of Allogeneic Umbilical Cord Blood Infusions in Children With Cerebral Palsy	Active, not recruiting	Sibling UCB	Non-Randomized; Open Label	adverse events; gross motor function	Enrollment:15 (1Y-6Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion; Neuroprotection
02025972	Allogeneic Umbilical Cord Blood Therapy in Children With CP	Complete	Allogeneic UCB	Single Group Assignment; Open Label;	Cytokine analysis; Gross Motor Function; Cognitive;	Enrollment:10 (up to 15Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion; Neuroprotection
01072370	Safety and Effectiveness of Cord Blood Stem Cell Infusion for the Treatment of Cerebral Palsy in Children	Recruiting	Autologous UCB	Randomized; Crossover Assignment; Blind	Safety, follow-up over one year with clinical and laboratory evaluations; efficacy, Gross Motor Function	Enrollment:40 (1Y-12Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
01988584	Safety and Effectiveness of Banked Cord Blood or Bone Morrow Stem Cells in Children With Cerebral Palsy (CP)	Complete	Autologous SC/ Saline	Randomized; Crossover Assignment; Triple	Safety Late functional outcome	Enrollment:20 (2Y-10Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion; Neuroprotection
03473301	A Study of UCB and MSCs in Children With CP: ACCeNT-CP	Not yet recruiting	Allogeneic UCB; MSC	Randomized; Parallel; Single	GMFM-66 score Adverse Event	Enrollment:90 (24M-60 M)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
01147653	A Randomized Study of Autologous Umbilical Cord Blood Reinfusion in Children With Cerebral Palsy	Complete	Autologous UCB; Placebo	Randomized; Crossover Assignment; Quadruple	(GMFM-66) Score; Peabody Gross Motor Quotient; CP-QOL Score; MRI;	Enrollment:63 (12M-6Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
02866331	GCSF and Autologous Cord Blood Infusion in Cerebral Palsy	Recruiting	GCSF; CB; Placebo	Randomized; Parallel; Quadruple;	Safety; efficacy;	Enrollment:88 (2Y-10Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion; Neuroprotection
03130816	Mechanism of Allogeneic UCB Therapy in Cerebral Palsy	Recruiting	Allogeneic CB	Single; Open Label	GMFM; mRNA assay; GMPM	Enrollment:90 (10M-20Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion; Neuroprotection
03087110	Stem Cells in Umbilical Blood Infusion for CP	Active, not recruiting	sibling donor CB	Single; Open Label;	gross motor function; cognitive;	Enrollment:12 (1Y-16Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
01991145	Allogeneic UCB Therapy With EPO in Children With CP	Complete	UCB+R/EPO	Randomized; Parallel; Quadruple;	Gross Motor Function; Cognitive;	Enrollment:92 (10M-6Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
02236065	Combination Therapy of Cord Blood and GCSF for Patients With Brain Injury or Neurodegenerative Disorders	Complete	UCB+ GCSF	Single; Open Label;	Berg Balance Scale; Gross Motor Function; ALSFRS-R; UPDRS	Enrollment:10 (19Y-75Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
01506258	Autologous Stem Cells in Newborns With Oxygen Deprivation	Unknown status	SC+ Observation	Non-Randomized; Parallel; Open Label; Prevention	Effects;	Enrollment:20 (37W-42 W)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
01929434	Efficacy of Stem Cell Transplantation Compared to Rehabilitation Treatment of Patients With Cerebral Paralysis	Complete	SC+ rehabilitation	Randomized; Parallel; Single	Gross Motor Function; Routine Blood Test	Enrollment:300 (1Y-14Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;
01147653	A Randomized Study of autologous Umbilical Cord Blood Reinfusion in children with cerebral palsy	Complete	Autologous UCBs	Randomized, Double-blind; Crossover Assignment	Improvement of standardized measures of neurodevelopmental function at 2 years	Enrollment:63 (12M-6Y)	Neuroregeneration; Trophic secretion;

治疗效果和不良反应

在Rizk等人的文章中，12项UCB治疗研究是针对CP患者的。九项研究的结果被认为可能有效（患者 201/276），其中四项研究设有对照组。67例患者出现不良反应：发热（20/67）、恶心呕吐（13/67）、皮疹（4/67）、癫痫发作（3/67）等（4/67）。关于细胞类型，31项研究是单核细胞，20项研究是间充质干细胞，11项研究是自体细胞。

NCT01193660，随机平行分配，招募了105名10个月至10岁的参与者，为期6个月的观察期。大约31/35CP 患者加入了细胞治疗组（有核UCB细胞总数>3×10⁷/kg静注促红细胞生成素，每周2次，连续4周，剂量为 500 IU/kg2次静注，250IU/kg6次皮下注射，积极康复）。33/36和32/34患者被分为促红细胞生成素和康复组和单纯康复组。该研究表明，干细胞疗法改善了儿童在大多数结果指标中的功能（运动表现、粗大运动功能、认知神经发育结果、运动神经发育结果；通过脑18F-FDGPET比较脑葡萄糖代谢的变化、日常活动中的功能独立性、肌肉力量和手部功能）。这些在严重不良事件（肺炎、癫痫发作、流感、尿路感染、死亡）发生率方面没有差异（UCB与促红细胞生成素和康复组为3/35。

NCT01147653是一项针对1-6岁CP儿童的单次静脉输注1-5×10⁷个总有核细胞/公斤自体脐带血 (ACB)的双盲、安慰剂对照、交叉研究，在ACB治疗后1年的分析中，接受剂量≥2×10⁷/kg的患者证明，适当剂量的 ACB输注可改善大脑连接和粗大运动功能（粗大运动功能测量66 (GMFM-66) 分数显着增加。值得注意的是，试验中出现胃肠道疾病的人数（2/63，3.17%）远少于试验中的NCT01193660（27/35，77.14%），但呼吸道相关感染患儿数（9/63，14.28%）远高于对照组（2/63，3.17%）。

总的来说，这些结果得出了几个结论。UCB是CP临床试验中使用最多的细胞类型之一，具有可靠的安全性和有效性。大约72.8%的CP患者受益于UCB相关细胞疗法。

在一项临床前动物研究中，在初始损伤的前24小时后，UCB单核细胞疗法作为早期干预在HIE模型中显示出更大的益处。早期UCB干预主要发挥免疫调节和神经保护作用。目前自体脐带血干细胞的疗效和安全性均优于异体脐带血干细胞。不同的药物和细胞类型在临床研究中显示出有益效果，但组合策略可能是神经再生的未来。

潜在的细胞来源和剂量

在目前的18项试验中，有六种使用不同来源（UCB+康复；UCB+EPO；自体UCB；同种异体（同胞或其他）UCB；GCSF）和三种不同剂量（超过10M/kg 体重；超过30M/kg 体重；未提及）。一般认为10M/kg体重是静脉给药的安全剂量。自体脐带血细胞 (UCBC) 静脉内给药疗法可能是最安全和最可行的，因为UCB已用于造血干细胞移植数十年。用于CP研究和试验的同种异体细胞很容易获得，主要来自私人和公共银行的UCB单位，并且非侵入性损伤的治疗很容易被接受。

最佳给药途径

目前报告的给药途径是脑室内、鞘内、鼻内、肌肉内、动脉内或静脉内。脑室内和鞘内注射在理论上很简单，但具有侵入性，其中的风险对儿童来说是不可接受的。常见的并发症有恶心呕吐等脑膜刺激征、脑室内出血、蛛网膜下腔出血等。

静脉内途径是最常用的非侵入性方案。示踪剂方法表明，通过系统循环的大量细胞在肺部定植。静脉和动脉给药最严重的不良反应是肺栓塞，与给药过快或剂量过大有关。全身通路有可能调节炎症反应，但很大一部分仍存在于其他器官中，并且许多不能穿过血脑屏障。Jantzie等人考虑到局部给药可能更可行，甚至在大脑内的注射位置也可能很重要。

结论

我们回顾了在脐带干细胞治疗脑瘫中都有哪些干细胞类型及干细胞治疗脑瘫的作用机制。脐带血干细胞有益于临床应用，其潜在机制已得到研究，并且在临床前设置和临床试验中均取得了有意义的进展。然而，将干细胞付诸实践还存在几个紧迫的问题：（1）寻找低成本、高纯度的干细胞来源；(2) 选择疗效和安全性最佳的干细胞类型；（3）对干细胞治疗机制的深入研究；(4) 确定给药途径和剂量；（五）统一有效的评价标准和后续工作。

结语

这些研究都证明了脐带血干细胞在治疗脑瘫的潜力，随着再生医学的发展，干细胞移植被认为是未来治疗脑瘫的最优之选。随着医学技术的不断进步，尤其是干细胞的发展，脑瘫患儿终将会迎来春天。

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