血腦屏障 (BBB) 是由中樞神經系統 (CNS) 內皮細胞 (EC) 形成的選擇性屏障，這些內皮細胞通過連續的緊密連接連接，從而限制分子在BBB上的運動。生理屏障受一系列物理、運輸和代謝特性以及與不同血管、免疫和神經細胞的相互作用的調節。除了連接蛋白，BBB在分子水平上還包括粘附蛋白、轉運蛋白、基底層和細胞外基質。BBB周圍環繞著內皮細胞、周細胞、星形細胞足突、神經元、肥大細胞、小膠質細胞和循環免疫細胞。

BBB的選擇性屏障能力使其能夠調節CNS穩態并保護CNS免受毒素、病原體、炎癥、損傷和疾病的侵害。然而，血腦屏障的破壞或失調可能會導致通透性的變化，從而使病原體進入大腦或引起神經炎癥，從而導致幾種中樞神經系統相關疾病的進展，包括神經退行性疾病（如帕金森病和阿爾茨海默病）、腦血管疾病。例如，中風）和外傷性腦損傷。

一般而言，有兩種途徑允許分子在BBB上移動：首先，通過脂溶性自由擴散，其次，通過催化轉運。通過廣泛的研究，研究人員發現脂溶性和/或尺寸非常小的化合物，例如酒精和某些低分子量麻醉劑或激素（即低于400-500道爾頓），可以很容易地通過ECs通過跨細胞途徑組成BBB。相反，特定的轉運蛋白或受體對于促進各種其他較大的營養物質、離子和大分子的運動是必需的。

由于血腦屏障的限制特性，藥物輸送到大腦存在障礙。估計98%的腦部疾病潛在療法無法穿透BBB。鑒于這些挑戰，已努力制定調節和繞過BBB的策略，以便挽救生命的藥物可以到達大腦中的特定目標，而不會干擾其他正在進行的活動。

了解BBB調節在治療神經系統疾病中的機制至關重要，因為許多CNS療法無法繞過BBB。使用干細胞繞過血腦屏障進行中樞神經系統相關疾病的治療是很有希望的。雖然干細胞最常通過允許非全身歸巢的直接移植進行遞送，但它們通常會在注射部位造成損傷。相比之下，通過靜脈內、肌肉內或鼻內施用干細胞不會造成傷害，但干細胞必須系統地歸巢并繞過BBB。這篇綜述文章進一步解釋了干細胞繞過血腦屏障的歸巢機制以及干細胞治療在神經退行性疾病中的應用。

干細胞移植治療神經退行性疾病：干細胞如何繞過血腦屏障并進入大腦？

研究表明，MSCs能夠通過細胞旁或跨細胞途徑遷移穿過內皮細胞，隨后優先返回大腦中的炎癥或損傷部位以發揮其治療作用。這已在使用MSC標記的熒光磁性納米粒子的小鼠全身成像研究中得到證實。雖然內源性MSCs如何遷移和響應損傷的機制仍然知之甚少，但某些損傷如創傷性腦損傷、中風、腦腫瘤或衰老被認為會損害BBB保護的效率。這允許間充質干細胞通過形成短暫的內皮間隙通過細胞旁通路遷移穿過內皮細胞。

MSCs的歸巢可以系統地或非系統地發生。在非全身歸巢中，MSCs直接移植到靶組織，隨后由趨化因子和其他因素引導至損傷部位。相反，在全身歸巢中，MSCs是在遠離部位靶組織或損傷部位的地方給藥的。科學家提出，間充質干細胞的系統歸巢是由于它們與內皮細胞在白細胞樣多級級聯中的相互作用，最終使它們能夠遷移穿過血腦屏障。

一般來說，幾種不同的機制模型提出，間充質干細胞穿過循環系統，隨后通過整合到內皮中離開血液循環，穿過內皮屏障。Ullah等人描述的MSC歸巢機制的多步級聯。由五個不同的步驟組成，即 (1) 束縛和滾動，(2) 細胞因子激活，(3) 整合素細胞停滯，(4) 遷移，和 (5) 遷移，如圖所示圖1。

間充質干細胞在治療性給藥時首先進入血液。歸巢過程始于MSCs減速并通過束縛內皮細胞表達的選擇素與內皮細胞壁接觸，并開始沿著血管壁滾動。接下來，整聯蛋白受體，如VLA-4，被激活以響應G蛋白偶聯趨化因子受體，如基質細胞衍生因子1 (SDF-) 1，它結合由MSC表達的配體，如CXCR4或CXCR7。整合素激活后，MSCs 在內皮細胞膜上停滯，因為MSC表達的整合素（如VLA-4）與內皮細胞上的VCAM-1結合。較早的激活增加了細胞停滯所必需的整聯蛋白的親和力；因此，VLA-4/VCAM-1的相互作用使MSCs能夠牢固地粘附在內皮細胞上。

接下來，間充質干細胞在稱為輪回的過程中穿過內皮細胞層和基底膜，由降解內皮基底膜的基質金屬蛋白酶 (MMP) 的分泌促進。或者，MSC消除和分裂內皮細胞之間的緊密連接也可以促進它們的輪回。據報道，MSCs通過質管穿透內皮細胞 。最后，MSC 在受損組織釋放的各種信號（如生長因子和趨化因子）的引導下遷移到損傷部位。一旦到達靶側，MSCs 可以誘導受損組織微環境的改變，從而促進再生和保護。

遞送方法被認為會影響干細胞的歸巢能力。在損傷部位直接移植，例如，通過腦內注射或使用微型套管，被認為是成功歸巢細胞的更有效方法，盡管它們可能在注射部位造成損傷。另一方面，據報道，間接遞送，尤其是通過靜脈注射，會導致MSCs被困在肺血管系統中。然而，隨著時間的推移，這些MSCs最終會從肺部遷移到其他組織，包括大腦。然而，肺中的包埋可能會縮短MSCs的治療壽命和潛在作用。

文獻表明，肌肉注射正成為一種流行的間充質干細胞遞送方法，在治療包括肌營養不良和腦癱在內的幾種兒科神經障礙方面取得了可喜的成果。與通過靜脈注射給藥的MSCs治療壽命較短相比，由于活性分泌細胞的停留時間較長，肌肉內注射MSCs可以潛在地治療遠處或全身性疾病，并具有持續的益處，并且已被臨床證明是安全的。或者，干細胞可以通過鼻內應用遞送，這是一種廉價且簡單的替代途徑，可有效繞過BBB治療神經退行性疾病。

干細胞治療神經退行性疾病的新途徑

BBB的完整性受疾病嚴重程度和持續時間的影響，被認為有助于某些神經退行性疾病的進展，盡管其機制仍不清楚。

然而，研究表明，干細胞療法在許多中樞神經系統或神經退行性疾病的組織再生和修復中代表了一種有前途的治療方式。使用MSC或神經干細胞等干細胞已顯示出可喜的結果，有可能減緩并在某些情況下逆轉某些神經退行性疾病的進展。

尤其是間充質干細胞治療非常受歡迎，這可能是由于它們的神經保護和免疫調節特性，其中MSCs釋放神經營養和生長因子以促進組織修復和再生。如前一節所述，干細胞能夠歸巢到損傷側以啟動內源性修復。此外，MSCs被認為可介導多種作用機制，使其可用于治療多種疾病。

MSCs的應用已在許多動物模型和一些臨床研究中得到廣泛研究，包括但不限于帕金森病 (PD)、阿爾茨海默病 (AD)、肌萎縮側索硬化 (ALS)、多發性硬化和中風。然而，干細胞作為一種治療神經退行性疾病的工具，帶來了許多好處和挑戰，如表1所示。

干細胞與帕金森（PD）

PD是一種神經退行性疾病，其特征是黑質中多巴胺能細胞的損失，盡管它也可能是由其他神經傳遞系統的退化引起的。因此，預防垂死神經元細胞丟失或移植具有神經元特性的細胞的治療對于治療PD至關重要。在人類和動物模型中對PD的研究表明，間充質干細胞可以逆轉帕金森癥狀。

雖然改善背后的確切機制尚不清楚，但作者推測，更好的多巴胺能調節可能是由于轉化的多巴胺能神經元及其末端的存活和功能造成的。

干細胞與阿爾茨海默病（AD)

AD是最常見的癡呆形式，目前尚無明確的治愈方法。這種疾病的病理學特征是淀粉樣蛋白-β肽的沉積和受影響的大腦區域中神經原纖維纏結的形成。幾項研究在臨床前模型中證明了MSCs治療AD的功效。

研究發現MSC在AD小鼠模型中通過調節淀粉樣蛋白-β清除來增強自噬并發揮神經保護作用。這一發現表明，受損的AD大腦可能會通過使用MSCs通過調節自噬途徑來修復。

干細胞與漸凍癥（ALS）

ALS被稱為漸凍癥是一種沒有已知治愈方法的神經系統疾病，但干細胞療法，特別是MSC，是ALS治療的有希望的候選者。ALS小鼠模型的臨床前研究表明，骨髓來源的MSC可被誘導分泌神經營養因子 (NTF)，從而延緩運動神經元退化并改善運動性能。

這些數據，在1/2期 ( NCT01051882) 和2a ( NCT01777646) 臨床試驗中，肌內 (IM) 植入ALS患者的骨髓MSC-NTFs。在試驗的1/2階段，6名早期ALS患者通過IM方法給予MSC-NTF，另外6名晚期ALS患者進行鞘內注射（IT）。2a期臨床試驗是一項劑量遞增研究，共有14名早期ALS患者接受了自體MSC-NTF的IM和IT移植。

在臨床試驗中，雖然部分患者出現頭痛、發熱、嘔吐、腿部和背部疼痛以及頸部僵硬等癥狀，但MSC-NTF的 IM、IT和IM+IT移植后均未報告嚴重的不良反應。除此之外，在注射部位沒有發現感染或腫瘤形成。雖然MSC-NTF的IM植入與IT植入相比僅誘導了較小的有益臨床效果，但兩種方法都是安全的，有跡象表明可能對 ALS患者有臨床意義的益處。

干細胞與腦損傷（TBI）

已發現創傷性腦損傷 (TBI) 會引發神經變性，如果不及時治療，則會增加發展成更嚴重疾病的風險，例如慢性創傷性腦病、癡呆、AD和PD。

近年來，越來越多的證據支持使用間充質干細胞減輕TBI后遺癥的有效性，這表明MSCs可以增強患者神經系統的功能。安巴里等人已經證明，在TBI大鼠中靜脈注射的MSCs能夠分化成神經元和星形膠質細胞樣細胞，從而改善感覺和運動功能，增強神經生長和再生。

Cox等人進行的另一項研究。已將MSCs靜脈內植入10名患有TBI且格拉斯哥昏迷評分 (CGS) 評分在5至8之間的兒童，并對其進行了6個月的監測。在這10名兒童中，有7人在GCS上表現出積極的結果。另有3名兒童的生活質量沒有顯著改善。然而，他們都沒有因使用MSC療法而遭受任何不良反應或死亡。隨后，MSC被用于治療成人TBI，并取得了積極的結果 ，證明間充質干細胞的方法可以作為TBI患者的治療方法。

結論

迄今為止，干細胞療法在治療神經退行性疾病患者方面具有很大的潛力，具有許多臨床安全性和有效性經驗。干細胞繞過血腦屏障并遷移到大腦的親和力和能力使它們成為一種通用的治療方式，要么依靠干細胞的內源性治療特性，要么利用它們的歸巢特性進行藥物輸送。

然而，需要更多的研究來更好地了解潛在的作用機制并擴大干細胞作為治療神經退行性疾病的治療工具的應用。

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