儿童神经系统疾病是指一组影响儿童神经系统的疾病。这些疾病会对儿童的发育、认知功能、运动技能和整体生活质量产生重大影响。干细胞疗法是一种通过修复受损神经元并替换丢失的神经元来治疗各种神经系统疾病的创新方法。间充质干细胞 (MSC) 因其能够分化成不同类型的细胞而获得了广泛的认可。

间充质干细胞治疗儿童神经系统疾病的：潜在机制和临床应用的最新进展

近年来，中国人民解放军南部战区海军第一医院神经内科在国际期刊《Applied Biochemistry and Biotechnology》发表了一项”间充质干细胞治疗儿童神经系统疾病的：潜在机制和临床应用的最新进展“的重磅研究^[1]。

该研究表明MSC是一种多能自我复制干细胞，已知在治疗成人中风和脊髓损伤方面具有良好的效果。当干细胞被输送到中枢神经系统的损伤灶时，在旁分泌因子的刺激下，干细胞开始分化为神经细胞，并分泌各种神经营养因子 (NTF)，例如神经生长因子 (NGF)、脑源性神经营养因子 (BDNF) 和神经营养因子-3 (NT-3)，从而加速受损神经元的修复过程。

接下来在该研究中我们将重点关注基于间充质干细胞疗法对脑瘫、中风和自闭症等突出的儿科神经系统疾病的治疗益处。

儿童神经系统疾病的流行病学特征与干细胞治疗前沿进展

神经系统疾病涵盖多种影响神经系统功能的疾病，包括大脑、脊髓和周围神经。这些疾病可通过后天获得或具有遗传基础而发生，并且可能影响各种功能，包括运动、感觉、认知和行为。儿童神经系统疾病是专门影响儿童的一类神经系统疾病。这些疾病通常在儿童时期显现，并对儿童的发育、学习和行为产生重大影响。

儿童特定神经系统疾病的患病率可能因地理、遗传和环境等多种因素而有很大差异。根据疾病控制和预防中心发布的报告，美国每 54 个儿童中就有1个患有自闭症谱系障碍 (ASD) 。全球每 1000 个活产婴儿中就有 2-3.5 个脑瘫 (CP) 。与成人相比，儿童中风不太常见，但仍然有发生的可能性。据估计，儿童中风的发病率为每年每100,000名儿童中有 2 至 13 例。儿童中风的发病率正在上升，这可能归因于诊断能力的进步和儿科人群对中风认识的提高。儿童中风的病因与成人不同，包括镰状细胞病、先天性心脏缺陷、感染和创伤等因素。

间充质干细胞 (MSC) 多年来一直是广泛研究的课题。尽管尚未获得国际社会的正式批准，但日本当局已批准使用干细胞疗法治疗脊髓损伤。这标志着干细胞疗法首次获批用于治疗神经系统疾病。干细胞疗法在治疗某些儿童神经系统疾病（例如脑瘫 (CP)、中风和自闭症）方面已显示出良好的前景。在接下来的章节中，我们将讨论干细胞疗法针对这些特定疾病的最新发展和进展。

间充质干细胞；对神经系统疾病治疗的意义

MSCs分化为功能性神经元和神经胶质细胞似乎是针对神经退行性疾病的替代疗法的有效方法。干细胞在治疗涉及神经元损伤的神经系统疾病方面已显示出巨大的潜力。这些疾病包括帕金森病、阿尔茨海默病、脊髓损伤和中风等。

干细胞分化为特化细胞高度依赖于“干细胞微环境”，即干细胞在组织或器官内生存的微环境。干细胞微环境是一个受到严格调控的环境，为干细胞的维持、自我更新和分化提供必要的信号和支持。干细胞微环境由附近的基质细胞和成纤维细胞等细胞元素组成。这些细胞产生信号分子，提供物理支持，与干细胞建立直接联系，从而控制干细胞的分化、生长和特化。

干细胞的神经分化高度依赖于神经营养因子的存在。包括脑源性神经营养因子 (BDNF)、神经生长因子 (NGF) 和神经胶质细胞源性神经营养因子 (GDNF) 在内的神经营养因子为神经细胞的发育、存活和成熟提供重要信号。此外，各种细胞因子和生长因子可诱导MSC分化为神经元和神经胶质细胞。在这方面，碱性成纤维细胞生长因子 (bFGF)、表皮生长因子 (EGF) 和视黄酸 (RA) 已被证明可以刺激神经元分化，而白血病抑制因子 (LIF) 和骨形态发生蛋白 (BMP) 可促进神经胶质细胞分化。这些神经营养因子和细胞因子通过激活特定的信号通路来协调和引导复杂的神经分化过程，从而对干细胞发挥作用。

体外研究结果表明，Notch信号通路的激活对于MSCs分化为神经元至关重要。NGF和BDNF等神经营养因子可启动Notch信号，从而诱导MSCs向神经细胞分化。此外，Wnt/β-catenin信号通路在促进神经细胞分化中起着重要作用。

研究表明，锂抑制糖原合酶激酶3β（GSK-3β）可激活Wnt/β-catenin信号，导致神经特异性基因上调，诱导MSCs分化为神经元。另一方面，转化生长因子β（TGF-β）已被证实可通过激活MSCs中的Smad信号通路来促进神经胶质细胞分化。丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶 (MAPK/ERK) 信号通路也已被证明参与神经元分化。bFGF和EGF均可激活 MAPK/ERK 信号，从而导致神经特异性基因表达增加和 MSCs 的神经元分化（图1）。

干细胞的命运取决于邻近细胞分泌的因子。脑源性神经营养因子 (BDNF)、神经生长因子 (NGF) 和胶质细胞源性神经营养因子 (GDNF) 引导干细胞向神经元分化。碱性成纤维细胞生长因子 (bFGF)、表皮生长因子 (EGF) 和视黄酸 (RA) 已被证实能够刺激干细胞向神经元分化，而白血病抑制因子 (LIF) 和骨形态发生蛋白 (BMP) 则促进胶质细胞分化。

干细胞不仅能够分化成功能性神经元并取代受损的神经元，还能发挥其他保护作用。干细胞的这些有益特性包括：

抗炎作用

研究表明，干细胞能够通过减少炎症和防止神经元进一步受损来发挥神经保护作用。干细胞可以分泌抗炎因子，包括白细胞介素10 (IL-10) 、转化生长因子 β (TGF-β)和吲哚胺 2,3-双加氧酶 (IDO) 。通过抑制炎症，干细胞可以创造有利于组织修复和再生的环境。

神经营养因子

干细胞能够释放主要的神经营养因子，即BDNF、GDNF和NGF。通过分泌这些因子，干细胞能够促进受损神经元的存活，刺激新神经元的生长，并增强新神经连接的形成。

血管生成

研究表明，干细胞能够促进受损组织中的血管生成（新血管的形成）。这是通过分泌血管内皮生长因子 (VEGF) 和 FGF 来实现的，它们刺激血管的生长和重塑。改善受损区域的血流和氧气输送可以增强神经元的存活率和功能。

线粒体转移

MSCs 可以将线粒体转移到受损的神经元，促进其修复和存活。这种线粒体转移通过多种机制进行，包括细胞间直接接触、细胞外囊泡和纳米管隧道。两项独立研究表明，MSCs将线粒体转移到缺血性中风小鼠模型中的受损神经元，从而改善了神经元的存活率和功能。转移的线粒体被证明具有功能性，可以产生三磷酸腺苷 (ATP) 。

内源性干细胞的调节

成人大脑中含有少量内源性干细胞，称为神经干细胞或神经祖细胞。这些细胞能够分化成神经元和神经系统其他类型的细胞。干细胞疗法可以调节这些内源性干细胞的活性，促进其募集并分化为功能性神经元。该过程所涉及的信号通路尚不完全清楚，但可能涉及移植干细胞释放生长因子和其他信号分子（图2）。

干细胞治疗脑瘫（CP）

脑性瘫痪 (CP) 是一种在儿童早期发现的神经系统疾病，其特征是运动障碍。除了运动和姿势障碍外，脑瘫还伴有言语、视力和听力障碍。无论是在怀孕期间、出生时还是出生后第一年内，大脑运动控制区域的任何损伤都可能导致脑性瘫痪。

对于脑性瘫痪患者，已采用了不同的干细胞移植方法。这些方法包括通过脑立体定向手术或腰椎穿刺进行鞘内注射，以及静脉内或动脉内注射。鞘内注射干细胞可能导致注射部位出血、感染和脑脊液漏，而血管内输注干细胞与肺和肝等毛细血管网络丰富的器官中微血管栓塞的形成有关。

干细胞治疗脑瘫的临床试验案例

相反，已发现经鼻给予干细胞可降低不良事件的发生率和严重程度，并且被认为是一种更安全的方法。在新生大鼠缺氧缺血性脑病中，经鼻给予神经干细胞可改善脑损伤和神经系统结果，且未发生重大不良事件。一项临床研究显示，通过鼻腔内注射间充质干细胞，患有颅内出血的早产儿的脑损伤面积得到安全减小。

干细胞治疗脑瘫 (CP) 的初步记录出现在印度进行的一项案例研究中。2012年，研究人员采用鞘内注射的方式向一名CP患者注射骨髓来源的单核细胞，结果患者运动和认知功能显著改善。

在同一时期，Luan等人进行了一项研究，他们将从流产胎儿组织中获得的神经祖细胞 (NPC) 注入45名确诊为 CP 的儿童的侧脑室，并观察到注射一年后患者的病情有显著改善。

获取神经干细胞 (NSC) 并通过脑室内注射给药的过程既困难又耗时。

因此，2014年，Mancías-Guerra等人选择鞘内注入来自患者自身骨髓的自体MSC。18名CP患者采用了这种方法。值得注意的是，在治疗后的6个月随访期内，患者的运动和认知功能均得到了显著改善。

三年后，孙教授及其同事开展了一项研究，他们为32名脑性瘫痪（CP）患儿静脉注射了源自脐带血的MSCs。经过1年的随访，评估显示，接受治疗的儿童与接受安慰剂治疗的儿童相比，表现出了更优异的运动功能。

尽管研究已经证实了干细胞的积极作用，但它们如何穿过血脑屏障到达受损的脑组织仍不清楚。

同样，通过静脉注射人脐带间充质干细胞 (hUC-MSCs) 给脑性瘫痪 (CP) 患儿，18F-FDG-PET/CT成像显示其脑代谢活动显著增强。此外，脐带干细胞与促红细胞生成素联合应用可增强脑性瘫痪患儿的运动和认知能力。

定量扩散张量成像 (DTI) 是一种非侵入性成像方法，通过检查水分子的运动来检测白质微观结构的变化，从而评估干细胞治疗对白质完整性的影响。

研究发现，鞘内注射脐带血来源的MSCs对改善脑性瘫痪 (CP) 患儿白质微观结构改变具有显著的积极作用。需要强调的是，鞘内注射干细胞的剂量对脑性瘫痪 (CP) 患儿的治疗效果有显著影响。Cox等人进行了不同剂量的实验，发现注射 2 ×10⁷个细胞/kg可获得最佳治疗效果。

研究人员正在研究替代性、经济有效的脑性瘫痪干细胞疗法，他们发现，脐带血单核细胞与间充质干细胞（MSC）相比，在治疗脑性瘫痪患儿方面同样有效。此外，这些单核细胞的分离过程在临床环境中更为便捷。将个性化康复计划与干细胞疗法相结合，可协同增强脑性瘫痪患儿的运动和认知功能。这一发现表明，将干细胞疗法与量身定制的物理康复计划相结合的联合治疗方法可能提供更有效的治疗策略。

在2021年的一项研究中，孙某等向15名脑性瘫痪患儿静脉注射了5×10⁷个总有核细胞/kg的同胞脐带血，报告除注射后前2周出现短暂性皮疹和发热外，未出现明显不良反应。据他们报告，注射后6个月，运动功能明显改善。

2023年大连医科大学附属第一医院干细胞临床研究中心进行的一项研究表明，给脑性瘫痪患儿经鼻输送神经干细胞，移植后3个月，患儿的自我护理能力和运动功能得到改善。在24个月的研究期间，未报告经鼻输送的早期或晚期不良反应。

干细胞治疗中风

当流向大脑的正常血液被打乱时，就会发生中风，从而导致脑损伤和功能受损。干细胞具有转化为不同类型细胞（包括神经细胞）的能力，并有可能替代脑内受损或丢失的细胞。儿童缺血性中风的发病率明显低于成人。虽然缺血性中风是成人死亡和残疾的主要原因，但据估计，儿童每年的发病率约为每100,000名儿童2至13例。儿童和成人缺血性中风的根本病因有明显区别。在儿童中，缺血性中风通常由先天性心脏病、镰状细胞性贫血和其他血液疾病引起。相反，动脉粥样硬化是成人的主要病因。

干细胞治疗中风的机制及临床案例

细胞移植的有益治疗效果已通过多种给药途径得到证实，包括动脉内、静脉内和脑内等。然而，由于每种方法都有其自身的优势、局限性和具体要求，因此确定最有效的给药方法仍不确定。对于接受MSC移植的急性卒中患者，通过动脉内和静脉内途径进行全身给药似乎是最合适的方法。动脉内途径已被证明能够有效地将大量细胞直接输送到脑血管中，绕过器官过滤。这种特殊方法具有重要意义，尤其是考虑到血管内治疗技术在急性卒中患者中的广泛应用。

然而，它需要谨慎的技术精度，以防止发生脑栓塞。相比之下，静脉给药侵入性较小，可以轻松重复多次，使其成为最常用的方法。此外，它也可用于病情危重的患者。然而，由于对MSCs作用机制的理解有限，确定最佳的细胞输送方法、时机和剂量仍是一项艰巨的任务。因此，必须开展更多研究，以加快该方法在临床实践中的应用。这些研究应涵盖对移植后细胞分布、归巢和命运的探究，以加深我们对这些方面的理解。

镰状细胞病相关中风是儿童中常见的后遗症，到18岁时，多达40%的患者会患上此病。在成人中，一项I期临床试验已经确定了静脉注射骨髓来源的单核细胞治疗缺血性中风的可行性和有效性。然而，镰状细胞病儿科患者的情况有所不同，因为潜在病因仍然存在，如果不治疗潜在疾病，只治疗中风将是无效的。镰状细胞病的治疗方法包括造血细胞移植 (HCT)，它可以恢复骨髓的正常红细胞生成。单独进行HCT不会对儿科患者的神经认知功能和生活质量产生负面影响。镰状细胞病患者的智商 (IQ) 会随着时间的推移逐渐下降，但造血干细胞移植 (HCT) 可有效阻止这种下降，稳定智商和认知功能。

Carpenter等人进行的一项研究调查了镰状细胞病患儿的卒中发病率，结果表明，造血干细胞移植后脑梗死风险显著降低。接受造血干细胞移植 (HCT) 的镰状细胞病患儿癫痫、偏瘫和局灶性神经功能缺损等神经系统症状的发生率最低。尽管研究表明造血干细胞移植对镰状细胞病患儿卒中具有保护作用，但尚未有研究专门评估靶向干细胞治疗对既往卒中患儿的治疗效果，以及靶向干细胞治疗是否可以与造血干细胞移植联用。

干细胞治疗自闭症

自闭症是一种神经发育障碍，其特征是难以进行相互性社会沟通，以及存在重复性和刻板行为。自闭症的确切潜在机制尚未完全了解。然而，人们认为，遗传和环境因素的共同作用可能导致了自闭症的发展。多种病理过程都与自闭症的发病机制有关，包括持续性脑灌注不足、局部免疫功能障碍、神经胶质细胞活性增强、谷胱甘肽生成减少、线粒体功能失调以及活性氧生成增加。目前，尚无治愈自闭症的有效方法。

干细胞治疗自闭症的临床试验案例

近十年前，刘等人在中国对使用干细胞疗法治疗自闭症进行了初步研究。他们发现，通过静脉注射脐带间充质干细胞（MSC）无法成功治疗自闭症。

随后在中国使用相同脐带间充质干细胞进行的一项研究表明，它在增强互动技能方面收效甚微。这两项研究均为非随机研究，治疗组受试者均少于15人。第一项随机、双盲、安慰剂对照临床试验于2018年开展。研究人员在本次研究中使用了自体脐带输注。根据他们的研究结果，治疗组和安慰剂组之间没有统计学上的显著差异。然而，主观评估表明患者在社会化方面取得了一些进展。

2019年，Carpenter等人进行了”一项开放标签试验评估自体脐带血治疗自闭症幼儿的效果，结果显示白质束改变与临床改善相关“的研究，通过输注自体脐带血单核细胞进行了扩散张量纤维束成像检查。虽然成像数据观察到轻微改善，但研究人员报告称社交和沟通技巧也有轻微提高。

2020年，最近的一项试验比较了同种异体和自体脐带血对自闭症患者的影响，研究对象相对较大。所有参与者均接受了单次静脉输注。治疗6个月后对社交技能进行了评估，虽然同种异体组患者的表现略好，但总体差异不足以得出结论。

2020年，在另一项研究中，学者们给自闭症儿童注射了三剂人脐带组织 MSCs，间隔2个月，结果发现一部分研究参与者产生了 I 类抗人类白细胞抗原 (HLA) 抗体；然而，这些抗体在临床上没有症状。该研究是非随机的，只有12名患者表现出社交技能的部分改善。

2021年，进行了初步的随机对照试验，评估鞘内注射自体骨髓MSCs的效果。然而，在行为和沟通技巧方面并未发现显著改善。

从现有证据来看，可以得出结论，与脑性瘫痪和中风等疾病相比，干细胞疗法对自闭症的影响微乎其微。某些研究中观察到的微小改善不能归因于干细胞疗法的效果。

自闭症似乎是一种功能性疾病，其特征是神经元功能受损，而不是实际的神经元损伤。相比之下，脑性瘫痪和中风涉及大脑中真正的神经病变的发展。因此，虽然干细胞疗法有可能成为脑性瘫痪等疾病的治疗方法，但它不太可能为自闭症带来显著的益处。

结论

干细胞疗法被公认为是治疗各种神经系统疾病（尤其是中风和脊髓损伤）的一种可行且安全的治疗方法。尽管干细胞疗法在肌萎缩侧索硬化症和帕金森病等其他疾病中显示出良好的前景，但这些疾病在老年人群中更常见，在儿童中很少见。具有高致瘤潜力的干细胞类型，例如全能细胞和多能细胞，在临床上并不实用。

相反，源自人脐带血的间充质干细胞 (MSC) 因其安全性和可及性而成为干细胞治疗的首选。在儿科神经系统疾病中，脑性瘫痪 (CP) 在干细胞治疗研究中受到了广泛关注。造血干细胞移植已被用于降低镰状细胞病患儿未来中风的风险。然而，干细胞治疗在中风后疾病中的可行性和安全性尚未得到彻底评估。

迄今为止，只有一项研究探讨了干细胞治疗新生儿缺血性中风，并显示出令人欣喜的结果。尽管这些研究结果令人鼓舞，但大多数研究仅限于I期临床试验，且患者群体较小。这些研究缺乏标准化的治疗方案，且提供的中长期疗效数据有限。因此，开展更全面的研究，纳入更大的研究群体，以更好地了解干细胞治疗在儿童神经系统疾病中的应用至关重要。

参考资料：[1]:hen, W., Ren, Q., Zhou, J. et al. Mesenchymal Stem Cell-Induced Neuroprotection in Pediatric Neurological Diseases: Recent Update of Underlying Mechanisms and Clinical Utility. Appl Biochem Biotechnol 196, 5843–5858 (2024). https://doi.org/10.1007/s12010-023-04752-y

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，请随时联系我。