由于神经组织再生能力有限，中枢神经系统 (CNS) 疾病的治疗面临严峻挑战，导致许多患者长期残疾。因此，开发新型治疗策略刻不容缓。

干细胞疗法凭借其多方面的特性，包括抗凋亡、抗炎、神经源性和血管生成作用，在减轻脑损伤和恢复神经连接方面展现出巨大潜力。近期研究还发现，外泌体（由干细胞分泌的、被脂质双层包裹的小囊泡）是干细胞疗法疗效的关键机制。由于外泌体比干细胞本身具有更高的稳定性和更优异的血脑屏障通透性，外泌体已成为治疗中枢神经系统疾病的一种有前景的替代疗法。

给药方式的选择成为关键挑战：干细胞疗法和外泌体疗法在中枢神经系统疾病中的应用面临的一个关键挑战是给药方式。目前正在研究多种给药途径，包括脑内、鞘内、静脉内、鼻内和动脉内给药。

脑内注射虽能直达病灶但存在二次损伤风险，静脉移植创伤小却因血脑屏障限制导致脑部有效剂量不足；而动脉内移植凭借导管技术进步实现突破——既能高效输送足量治疗物质入脑，又显著降低侵入性损伤，成为当前最具前景的策略。不过，该领域研究仍处早期阶段，需进一步验证其安全性与疗效的优化平衡。

动脉注射干细胞&外泌体治疗神经系统疾病，打多少细胞合适？什么时候移植好？

近日，北海道大学医学研究生院神经外科在国际医学期刊杂志《干细胞研究：推进科学与医学》上发表了一篇“动脉内注射干细胞和外泌体治疗中枢神经系统疾病”的研究综述^[1]。

在本综述中，我们总结了针对中枢神经系统疾病的干细胞及其外泌体的动脉内给药，重点关注基础和临床研究，以阐明其功效和作用机制，以及它们的局限性和未来应用。

方法：在PubMed（ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed）上进行了文献检索，以确定关于中枢神经系统疾病动脉内干细胞或外泌体给药的研究文章。搜索使用的关键词是“动脉内”、“干细胞”、“外泌体或细胞外囊泡”和“脑”。搜索中包含的文章要求用英文撰写，与中枢神经系统疾病相关，并且特别侧重于干细胞和外泌体，而其他文章则被排除在外。

此外，我们还查看了初步搜索中选定的论文中引用的参考文献。文章的选择和数据收集由其中一位作者 (TH) 完成。收集的数据涵盖各种疾病模型、细胞和外泌体来源、动物模型、剂量、治疗持续时间和标记方法。

干细胞及外泌体IA移植治疗中枢神经系统疾病的总体结果

共选定87篇符合本评论目标的文章；共选取71篇利用干细胞进行动脉内治疗的临床前研究文章，4篇文章被选为使用外泌体进行IA治疗的临床前研究，12篇文章被选为通过IA治疗使用干细胞的临床研究。

在所审查的71篇研究中，大多数（57篇，82%）侧重于缺血性卒中。其余研究探讨了创伤性脑损伤、胶质瘤、脑出血、阿尔茨海默病、帕金森病以及与动脉内（IA）移植相关的并发症分析。这种分布是由于脑动脉阻塞是缺血性卒中的主要机制，因此通过相同的治疗途径同时治疗脑部和血管是合理的。在本小节中，作者总结了与每种疾病相关的临床前数据。

细胞治疗7大中枢神经系统疾病的临床前研究

缺血性中风的定义、负担与当前治疗局限：缺血性中风由脑血管闭塞引起，导致脑组织缺氧缺糖，是全球致残的主因、第三大死因（占死亡10.7%）和第四大DALY损失原因（占5.6%）。标准急性期治疗（如4.5小时内溶栓或取栓）旨在恢复血流、挽救缺血半暗带，但即使血管成功再通，约50%患者仍遗留神经功能缺损。因此，探索动脉内移植干细胞或外泌体成为减轻后遗症的新策略。

干细胞治疗的细胞来源多样性：干细胞来源是干细胞治疗的关键因素（图1）。在分析的57项研究中，51%使用人源细胞，49%使用动物同种异体细胞。人源细胞中，骨髓来源（BMSC/BMMNC）占主导（52%），其次为脐带（22%）和羊膜（10%）间充质干细胞等。

动物细胞中，40%为骨髓来源，40%为胎儿脑源性神经干细胞（NSC）/神经嵴干细胞（后者获取困难）。71%研究使用未修饰干细胞，其余则通过预处理、基因改造或纯化以增强功效（表1），主要聚焦于：促进神经分化、改善细胞迁移/植入、或上调营养因子/抗炎作用，但修饰可能增加成本且临床价值待定。

不同细胞来源特性的关键比较发现：研究比较了不同细胞特性：同位素标记显示，人源细胞在动物模型中比动物同种异体细胞清除更快（6小时内放射性显著下降），提示免疫排斥风险，警示动物数据外推至人需谨慎。

不同细胞类型（如神经嵴干细胞NCSCvsBMSC）表达独特神经营养因子谱（NCSC高表达BDNF、巢蛋白等，BMSC表达GDNF），暗示恢复机制差异并需明确最优因子组合。此外，供体年龄显著影响疗效，年轻BMSC比年老者更能促进神经发生和血管生成。

核心问题：打多少细胞合适？

在缺血性中风动物模型中，动脉内注射干细胞治疗时，多少细胞数量（剂量）是既安全又有效的？ 剂量过高可能导致血管阻塞，过低则可能效果不足。

从动物实验里我们看到了啥：剂量乱得很，还有个“体重反常识”：不同研究用的剂量差别巨大（从少得可怜的0.4到吓人的1333×10⁵个细胞/公斤都有）（图2）。

有意思的是，体型越大的动物，每公斤体重打的细胞反而越少！ 比如：

• 小鼠：大概200×10⁵个细胞/公斤
• 大鼠：降到50×10⁵个细胞/公斤
• 狗：只要10×10⁵个细胞/公斤

为啥会这样：很可能是因为很多实验图省事，不管动物大小，都打一个固定总数（比如100万个细胞）。结果大动物分摊下来，每公斤的剂量就小了。

打多了真危险（安全是红线）：好几项研究都敲警钟了：剂量一高，血管堵住的风险就蹭蹭涨。

• Fukuda那组发现：给大鼠打高剂量BMSC (36.4×10⁵个细胞/公斤)，死亡率 (39%) 比低剂量组 (27%) 和对照组 (33%) 都高，而且显微镜下看到更多微血管堵了。
• Yavagal团队直接测脑血流，发现≤3.5×10⁵个细胞/公斤这个量，基本不影响血流。超过这个数，风险就来了。
• Cui的实验也支持：在减少血流下降方面，低剂量 (10×10⁵) 比高剂量 (20和40×10⁵) 强。
• 连MRI都拍到了：大剂量 (26×10⁵) 会导致动脉堵住和脑损伤，小剂量 (1和8×10⁵) 就没事。

结论很明确：高剂量是安全的主要威胁，微血管阻塞是头号敌人。有个大概的安全上限在3.5×10⁵个细胞/公斤左右（但这不是绝对的）。

效果呢？矛盾不少（疗效窗口难找）：低剂量可能有点用，但怕不够：Fukuda那极低剂量 (0.4×10⁵) 也比没打好，但显然不是最优。

高剂量有时效果更强，但危险相伴：

• Greggio在围产期脑损伤模型里发现，超高剂量 (500×10⁵) 比低剂量 (50×10⁵) 恢复更好、损伤更小。
• Yang也看到，高剂量 (300×10⁵) 比低剂量 (10×10⁵) 效果好。
• 甚至Wong用特殊处理过的细胞，在中等剂量 (40×10⁵) 下还能短暂提升点血流（可能是细胞释放的VEGF起作用）。

怎么解释这些矛盾：“最佳剂量”可能没有标准答案！它高度依赖你用的是哪种干细胞、做的是哪种中风模型（成年急性vs围产期）、病得多重、以及你具体看什么恢复指标。

本质上是在走钢丝：剂量太低，效果不显著；剂量太高，堵塞的风险就把好处全抵消了，甚至更糟。得在安全和有效之间找个微妙的平衡点。

怎么打也很关键（不只是数量问题）：

• 浓度和速度：Cui发现，同样是20×10⁵个细胞/公斤，用高浓度溶液（0.5mL）还慢慢打（6分钟），比用低浓度溶液（1mL）快点打（3分钟）效果差很多。高浓度+慢速更容易让细胞堆在一起堵住。
• 保持血流畅通：Chua和Ge都强调，注射时让颈动脉的血一直流着，比暂时把血流掐断，恢复得更好。
• 细胞个头大小：Ge发现细胞大小太关键了！ 用>30μm的大细胞，妥妥地堵血管造成急性损伤；用≤17μm的小细胞，就安全多了。小细胞是王道。

总结一下关键信息：

• 剂量是双刃剑，安全是底线。微血管阻塞是最大的安全顾虑，高剂量风险显著（死亡率、血流减少、脑损伤加重）。动物数据指向≈3.5×10⁵个细胞/公斤可能是个相对安全的上限（但非绝对）。
• 效果很“玄学”。有效剂量范围很宽，从很低到很高都有报道有效。但效果特别好的剂量，往往离那个安全上限很近甚至踩线了，得特别小心。最佳剂量真得看具体情况（细胞类型、模型、目标）。
• “怎么打”和“打什么”一样重要！ 想安全：优先选小细胞（<17-30μm），把细胞稀释开，打得快一点，确保注射时血流别停。这些操作能大大降低堵血管的风险。
• 人类移植干细胞的量用多少：依据斯坦福大学Ⅰ/Ⅱa期试验显示，2000万剂量组在12个月时运动功能评分（FMMS）提升最显著（总分↑12.1分），且影像学证实神经连接增强，安全性良好（仅轻微头痛等自限性不良事件）。推荐剂量：2000万神经干细胞（NR1）。
• 未来关键：开发优化整个细胞输送方案（包括精确剂量、理想细胞特性、最佳注射参数），核心目标是最大限度避免动脉阻塞，这是改善治疗效果和安全性的基石。

简而言之：细胞剂量不是越多越好。必须在“有效剂量”和“安全剂量（避免堵塞）”之间找到精细的平衡点，同时注射方式（细胞大小、浓度、速度、血流）的优化对安全性至关重要。目前尚无明确答案，但避免阻塞是核心原则。

干细胞移植治疗缺血性脑中风的移植时机

移植时机因研究而异，从血管再通后立即移植到第14天不等（图3）。最常见的移植时机是在第1天，其次是1-6小时和2-3天。

“越快越好”不适用于干细胞移植：虽然中风后血管再通强调尽早（如血栓切除术），但干细胞移植却并非如此。研究发现，超早期移植（如再通后1-6小时内）效果反而较差。Toyoshima等明确指出，再通后24小时移植比1小时或6小时移植能带来更好的功能恢复和更多的脑内细胞植入。这很可能是因为中风后早期（约4小时内）血脑屏障功能尚存，阻碍了细胞进入受损脑组织。

其他研究也支持24小时移植优于更早时间点（如1小时），并且Rosenblum等观察到细胞植入在第3天达到峰值，其次是第1天。这些都表明，过早移植时不利的脑部环境限制了干细胞疗效。

亚急性期可能是“黄金窗口”，但具体时间点存在弹性：综合多项研究，移植的最佳时机窗口可能在再通后24小时至72小时（1-3天）左右。这个亚急性期似乎避开了超早期的屏障阻碍，又抓住了恢复的关键阶段。

不过，具体时间点并非绝对僵化。Mitkari等发现第2天和第7天移植都比对照组好，且第7天还能增强血管生成；而Ishizaka等则显示较早时间点（1、4、7天）都有效，且第1天效果优于第4天和第7天。这些差异提示最佳时机可能受细胞类型、模型等因素影响。

总之，避开超早期、选择再通后1-3天进行移植是目前动物实验支持的有效策略，但确切的机制和最优化方案仍需深入研究。

干细胞移植核心再生机制：重建受损神经与血管网络

干细胞移植主要通过促进神经再生和血管新生来修复脑损伤（表2）。

最关键的是神经发生：移植细胞不仅能直接变成神经元，更能加速大脑自身产生新神经细胞的过程，帮助这些新生细胞成熟并迁移到损伤区域。

同时，突触发生（形成新的神经连接）和血管生成也被显著促进。血管生成尤其重要，它既可以通过干细胞直接变成血管细胞，也能通过干细胞释放的VEGF等因子刺激原有血管生长，从而恢复局部血流和供氧。有趣的是，不同脑区（如纹状体、皮质、海马）对血管生成的响应方式存在差异。

关键减损机制：保护脑组织并抑制损伤进程：除了重建，干细胞还能有效减轻和阻止中风后的继发性损伤。这包括强大的抗炎作用，能平息损伤部位的炎症风暴；以及减少氧化应激（有害自由基）、抑制细胞凋亡（程序性细胞死亡）和铁死亡（铁依赖的新型细胞死亡）。此外，干细胞还提供神经保护，防止健康神经元进一步受损；保护内质网功能（细胞内的“蛋白质工厂”）；以及维护血脑屏障的完整性（如通过PKCδ/AQP4通路），防止有害物质渗入脑组织。

作用方式与复杂性：多因子协同，机制仍在探索

这些恢复效果并非干细胞单打独斗。干细胞通过释放多种有益因子（如VEGF促进血管、钙调神经磷酸酶抑制凋亡）以及与宿主环境相互作用（如通过VLA-4等分子增强与血管内皮细胞的粘附）来发挥作用。值得注意的是，外泌体（干细胞分泌的小囊泡）的释放也被观察到上调，但其在大脑修复中的具体角色仍不完全清楚，是未来研究的重要方向。总之，干细胞治疗通过再生与保护双管齐下、多靶点协同的复杂机制促进脑功能恢复。

干细胞治疗创伤性脑损伤 (TBI) 潜力与动脉内移植探索

全球每年有超过5000万人遭受创伤性脑损伤，且许多患者遗留长期残疾，现有疗法效果有限。干细胞疗法被视为有希望的解决方案，已有大量基础和临床研究通过脑内或静脉注射进行。日本甚至已批准基于脑内移植的干细胞产品。

然而，利用动脉内途径移植干细胞治疗TBI的研究目前非常有限（仅有少量研究如补充表S1所列）。这些初步研究使用的细胞（人/大鼠BMSC或NSC）、剂量（5-25×10⁵cells/kg）和时机（伤后1-14天）与缺血性中风研究类似，并显示出有希望的结果。尽管如此，仍需更多研究来充分评估和明确动脉内干细胞移植治疗TBI的真正潜力和最佳方案。

动脉内移植干细胞治疗脑出血 (ICH) 的治疗需求与稀缺研究

脑出血同样缺乏有效治疗方法，干细胞移植为其带来新希望，但研究焦点也集中在脑内和静脉途径，目前有数项临床试验正在进行。

针对动脉内移植治疗ICH的研究则极其稀少，目前仅发现一项研究报道。该研究（Seyfried等）在ICH后一天，通过动脉内注射10×10⁵cells/kg的人BMSC并联合使用甘露醇，成功减轻了神经功能障碍，其机制与促进神经发生有关。这一孤例虽然提供了初步证据，但凸显了该领域研究的匮乏，亟需更多探索来验证动脉内途径在ICH治疗中的效果和可行性。

胶质瘤：干细胞作为靶向“病毒工厂”的潜力

恶性胶质瘤是最常见且致命的原发性脑癌，传统治疗效果有限（平均生存期约14个月）。利用间充质干细胞（MSC）能趋向炎症/肿瘤部位的特性，将其作为携带溶瘤病毒的载体进行动脉内移植，成为一种有前景的策略。

四项关键研究表明，经颈动脉注射的、装载溶瘤病毒的MSC能精准聚集在胶质瘤组织（而非健康脑组织），有效抑制肿瘤生长并延长动物生存期。相比之下，单纯让MSC过表达干扰素γ等蛋白质则无效，这提示携带可复制病毒（而非单纯分泌蛋白）是发挥抗肿瘤作用的关键。

动脉内移植干细胞治疗阿尔茨海默病的挑战与探索方向

阿尔茨海默病（AD）影响全球超5500万人，目前疗法仅能缓解症状，无法治愈。动脉内干细胞移植治疗AD的研究极其匮乏，仅有一项已发表的尝试且结果不佳。一个核心挑战在于，与中风或脑损伤不同，AD患者的血脑屏障（BBB）相对完整，阻碍了干细胞进入脑部。未来研究应考虑结合使用甘露醇等BBB开放剂来促进细胞穿透。此外，鉴于AD是慢性进展性疾病，多次注射干细胞或其分泌的外泌体可能比单次治疗更具潜力。

帕金森病：有限的穿透与疗效之谜

帕金森病（PD）以运动障碍为特征，全球患者约1000万，同样缺乏根治手段。一项研究尝试通过动脉内移植甘露醇预处理的MSC治疗PD模型。虽然观察到一定程度的功能恢复，但令人意外的是，并未检测到受损脑区（纹状体、黑质）的细胞结构发生明显改变。这表明观察到的改善可能源于其他保护性或调节性机制，而非直接的细胞替换或显著修复，同时也突显了干细胞有效到达并作用于深部脑区（如黑质）的困难。

动脉移植干细胞的安全问题

动脉内干细胞移植的主要安全问题聚焦于血管阻塞风险，核心因素包括细胞剂量、输注速度和细胞物理特性：Cui等发现高剂量+缓慢注射易形成微血栓，导致功能恢复恶化，强调需优化细胞分散性；Ge等证实细胞尺寸是关键——小细胞（12-18μm）比大细胞（30μm）显著减少血管阻塞并改善疗效，而3D培养可缩小细胞尺寸。

此外，细胞衰老（增大细胞体积）亦影响安全，采用人血小板裂解物替代胎牛血清培养可延缓衰老、维持较小细胞形态，为提升安全性提供新策略。

外泌体治疗神经系统疾病的临床前研究

外泌体的独特优势与治疗潜力干细胞来源的外泌体作为一种新兴的纳米级治疗载体（40-200 nm），凭借其高效穿透血脑屏障的能力、极低免疫原性、稳定易保存的特性，以及携带多种生物活性分子（如DNA、mRNA、miRNA、蛋白质）的“分子武器库”，成为替代传统干细胞疗法的突破性策略。其核心优势在于可直接将治疗性物质递送至靶细胞，规避了活细胞移植的安全风险，同时在神经修复（如促进神经突生长）和抗炎调控中展现出显著潜力。

疾病模型中的实证效果与工程化突破：在动物模型中，动脉内外泌体已证实其治疗价值：

• 中风治疗：过表达miR-133b的BMSC外泌体（3×10¹¹颗粒/次）显著促进神经血管再生并改善功能恢复；
• 脑损伤修复：人BMSC外泌体（1.3×10⁹颗粒）抗炎效果甚至优于干细胞本身；

这些研究虽处于起步阶段，但共同指向：工程化修饰可大幅提升外泌体靶向性与疗效，为脑部疾病的精准治疗开辟新路径。

通过动脉内移植干细胞和外泌体治疗中枢神经系统疾病的临床试验

有12篇文章研究了动脉内干细胞移植，但尚未发表关于动脉内外泌体移植的临床试验。详细数据如表3所示。

临床研究格局与安全性评估：目前针对动脉内移植的临床研究集中于干细胞（尤其是自体骨髓单核细胞BMMNC和间充质干细胞BMSC），尚无动脉内外泌体移植的临床试验报告。在12项已开展的干细胞临床试验中，缺血性中风是主要适应症（占比最高），其次为难治性疾病如多系统萎缩、癫痫等。

细胞来源以自体细胞为主导（BMMNC最常见，其次为BMSC），这主要源于早期对同种异体细胞安全性的顾虑；但为实现疗法的广泛可及性，同种异体细胞仍是未来关键方向。细胞剂量范围较大（3–160×10⁵cells/kg），与动物实验数据基本一致。安全性方面，多数试验未报告严重不良事件，但Giordano等研究中85%患者（6/7）出现无症状缺血体征，提示微血管阻塞风险仍需警惕。

疗效矛盾与优化方向：疗效结果呈现疾病依赖性差异：

• 缺血性中风：早期单组试验显示功能改善，但大型随机试验未达到统计学显著恢复（如Bhatia等仅观察到边际趋势，p=0.07）。值得注意的是，Bhatia试验中高剂量组（83×10⁵cells/kg）的潜在疗效优于低剂量组，提示BMMNC可能需要更高剂量窗口。
• 多系统萎缩：Lee与Chung的研究显示，中高剂量BMSC（6-9×10⁵cells/kg）显著延缓疾病进展，优于低剂量组（3×10⁵cells/kg），这对缺乏有效疗法的疾病具有临床意义。

然而，多系统萎缩等疾病的试验缺乏动物模型基础验证，且干细胞移植对罕见病的机制研究不足。当前动脉内移植的临床试验仍处于早期阶段，亟需通过优化剂量策略、结合外泌体递送技术（其血脑屏障穿透性优于细胞），并加强临床前转化研究，以提升疗效可重复性。

结论和未来方向

动脉内干细胞/外泌体移植相比其他移植方法具有诸多优势。导管技术和方法的进步将提高该方法的安全性，而对干细胞和外泌体特性的深入了解将有助于改善中枢神经系统疾病的功能预后。进一步评估最佳细胞来源、剂量、时机、追踪方法和潜在机制对于开发新型治疗模式至关重要。

参考资料：

[1]:Honda, T.; Kawabori, M.; Fujimura, M. Intra-Arterial Administration of Stem Cells and Exosomes for Central Nervous System Disease. Int. J. Mol. Sci. 2025, 26, 7405. https://doi.org/10.3390/ijms26157405

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