兒童神經系統疾病是指一組影響兒童神經系統的疾病。這些疾病會對兒童的發育、認知功能、運動技能和整體生活質量產生重大影響。干細胞療法是一種通過修復受損神經元并替換丟失的神經元來治療各種神經系統疾病的創新方法。間充質干細胞 (MSC) 因其能夠分化成不同類型的細胞而獲得了廣泛的認可。

間充質干細胞治療兒童神經系統疾病的：潛在機制和臨床應用的最新進展

近年來，中國人民解放軍南部戰區海軍第一醫院神經內科在國際期刊《Applied Biochemistry and Biotechnology》發表了一項”間充質干細胞治療兒童神經系統疾病的：潛在機制和臨床應用的最新進展“的重磅研究^[1]。

該研究表明MSC是一種多能自我復制干細胞，已知在治療成人中風和脊髓損傷方面具有良好的效果。當干細胞被輸送到中樞神經系統的損傷灶時，在旁分泌因子的刺激下，干細胞開始分化為神經細胞，并分泌各種神經營養因子 (NTF)，例如神經生長因子 (NGF)、腦源性神經營養因子 (BDNF) 和神經營養因子-3 (NT-3)，從而加速受損神經元的修復過程。

接下來在該研究中我們將重點關注基于間充質干細胞療法對腦癱、中風和自閉癥等突出的兒科神經系統疾病的治療益處。

兒童神經系統疾病的流行病學特征與干細胞治療前沿進展

神經系統疾病涵蓋多種影響神經系統功能的疾病，包括大腦、脊髓和周圍神經。這些疾病可通過后天獲得或具有遺傳基礎而發生，并且可能影響各種功能，包括運動、感覺、認知和行為。兒童神經系統疾病是專門影響兒童的一類神經系統疾病。這些疾病通常在兒童時期顯現，并對兒童的發育、學習和行為產生重大影響。

兒童特定神經系統疾病的患病率可能因地理、遺傳和環境等多種因素而有很大差異。根據疾病控制和預防中心發布的報告，美國每 54 個兒童中就有1個患有自閉癥譜系障礙 (ASD) 。全球每 1000 個活產嬰兒中就有 2-3.5 個腦癱 (CP) 。與成人相比，兒童中風不太常見，但仍然有發生的可能性。據估計，兒童中風的發病率為每年每100,000名兒童中有 2 至 13 例。兒童中風的發病率正在上升，這可能歸因于診斷能力的進步和兒科人群對中風認識的提高。兒童中風的病因與成人不同，包括鐮狀細胞病、先天性心臟缺陷、感染和創傷等因素。

間充質干細胞 (MSC) 多年來一直是廣泛研究的課題。盡管尚未獲得國際社會的正式批準，但日本當局已批準使用干細胞療法治療脊髓損傷。這標志著干細胞療法首次獲批用于治療神經系統疾病。干細胞療法在治療某些兒童神經系統疾病（例如腦癱 (CP)、中風和自閉癥）方面已顯示出良好的前景。在接下來的章節中，我們將討論干細胞療法針對這些特定疾病的最新發展和進展。

間充質干細胞；對神經系統疾病治療的意義

MSCs分化為功能性神經元和神經膠質細胞似乎是針對神經退行性疾病的替代療法的有效方法。干細胞在治療涉及神經元損傷的神經系統疾病方面已顯示出巨大的潛力。這些疾病包括帕金森病、阿爾茨海默病、脊髓損傷和中風等。

干細胞分化為特化細胞高度依賴于“干細胞微環境”，即干細胞在組織或器官內生存的微環境。干細胞微環境是一個受到嚴格調控的環境，為干細胞的維持、自我更新和分化提供必要的信號和支持。干細胞微環境由附近的基質細胞和成纖維細胞等細胞元素組成。這些細胞產生信號分子，提供物理支持，與干細胞建立直接聯系，從而控制干細胞的分化、生長和特化。

干細胞的神經分化高度依賴于神經營養因子的存在。包括腦源性神經營養因子 (BDNF)、神經生長因子 (NGF) 和神經膠質細胞源性神經營養因子 (GDNF) 在內的神經營養因子為神經細胞的發育、存活和成熟提供重要信號。此外，各種細胞因子和生長因子可誘導MSC分化為神經元和神經膠質細胞。在這方面，堿性成纖維細胞生長因子 (bFGF)、表皮生長因子 (EGF) 和視黃酸 (RA) 已被證明可以刺激神經元分化，而白血病抑制因子 (LIF) 和骨形態發生蛋白 (BMP) 可促進神經膠質細胞分化。這些神經營養因子和細胞因子通過激活特定的信號通路來協調和引導復雜的神經分化過程，從而對干細胞發揮作用。

體外研究結果表明，Notch信號通路的激活對于MSCs分化為神經元至關重要。NGF和BDNF等神經營養因子可啟動Notch信號，從而誘導MSCs向神經細胞分化。此外，Wnt/β-catenin信號通路在促進神經細胞分化中起著重要作用。

研究表明，鋰抑制糖原合酶激酶3β（GSK-3β）可激活Wnt/β-catenin信號，導致神經特異性基因上調，誘導MSCs分化為神經元。另一方面，轉化生長因子β（TGF-β）已被證實可通過激活MSCs中的Smad信號通路來促進神經膠質細胞分化。絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶 (MAPK/ERK) 信號通路也已被證明參與神經元分化。bFGF和EGF均可激活 MAPK/ERK 信號，從而導致神經特異性基因表達增加和 MSCs 的神經元分化（圖1）。

干細胞的命運取決于鄰近細胞分泌的因子。腦源性神經營養因子 (BDNF)、神經生長因子 (NGF) 和膠質細胞源性神經營養因子 (GDNF) 引導干細胞向神經元分化。堿性成纖維細胞生長因子 (bFGF)、表皮生長因子 (EGF) 和視黃酸 (RA) 已被證實能夠刺激干細胞向神經元分化，而白血病抑制因子 (LIF) 和骨形態發生蛋白 (BMP) 則促進膠質細胞分化。

干細胞不僅能夠分化成功能性神經元并取代受損的神經元，還能發揮其他保護作用。干細胞的這些有益特性包括：

抗炎作用

研究表明，干細胞能夠通過減少炎癥和防止神經元進一步受損來發揮神經保護作用。干細胞可以分泌抗炎因子，包括白細胞介素10 (IL-10) 、轉化生長因子 β (TGF-β)和吲哚胺 2,3-雙加氧酶 (IDO) 。通過抑制炎癥，干細胞可以創造有利于組織修復和再生的環境。

神經營養因子

干細胞能夠釋放主要的神經營養因子，即BDNF、GDNF和NGF。通過分泌這些因子，干細胞能夠促進受損神經元的存活，刺激新神經元的生長，并增強新神經連接的形成。

血管生成

研究表明，干細胞能夠促進受損組織中的血管生成（新血管的形成）。這是通過分泌血管內皮生長因子 (VEGF) 和 FGF 來實現的，它們刺激血管的生長和重塑。改善受損區域的血流和氧氣輸送可以增強神經元的存活率和功能。

線粒體轉移

MSCs 可以將線粒體轉移到受損的神經元，促進其修復和存活。這種線粒體轉移通過多種機制進行，包括細胞間直接接觸、細胞外囊泡和納米管隧道。兩項獨立研究表明，MSCs將線粒體轉移到缺血性中風小鼠模型中的受損神經元，從而改善了神經元的存活率和功能。轉移的線粒體被證明具有功能性，可以產生三磷酸腺苷 (ATP) 。

內源性干細胞的調節

成人大腦中含有少量內源性干細胞，稱為神經干細胞或神經祖細胞。這些細胞能夠分化成神經元和神經系統其他類型的細胞。干細胞療法可以調節這些內源性干細胞的活性，促進其募集并分化為功能性神經元。該過程所涉及的信號通路尚不完全清楚，但可能涉及移植干細胞釋放生長因子和其他信號分子（圖2）。

干細胞治療腦癱（CP）

腦性癱瘓 (CP) 是一種在兒童早期發現的神經系統疾病，其特征是運動障礙。除了運動和姿勢障礙外，腦癱還伴有言語、視力和聽力障礙。無論是在懷孕期間、出生時還是出生后第一年內，大腦運動控制區域的任何損傷都可能導致腦性癱瘓。

對于腦性癱瘓患者，已采用了不同的干細胞移植方法。這些方法包括通過腦立體定向手術或腰椎穿刺進行鞘內注射，以及靜脈內或動脈內注射。鞘內注射干細胞可能導致注射部位出血、感染和腦脊液漏，而血管內輸注干細胞與肺和肝等毛細血管網絡豐富的器官中微血管栓塞的形成有關。

干細胞治療腦癱的臨床試驗案例

相反，已發現經鼻給予干細胞可降低不良事件的發生率和嚴重程度，并且被認為是一種更安全的方法。在新生大鼠缺氧缺血性腦病中，經鼻給予神經干細胞可改善腦損傷和神經系統結果，且未發生重大不良事件。一項臨床研究顯示，通過鼻腔內注射間充質干細胞，患有顱內出血的早產兒的腦損傷面積得到安全減小。

干細胞治療腦癱 (CP) 的初步記錄出現在印度進行的一項案例研究中。2012年，研究人員采用鞘內注射的方式向一名CP患者注射骨髓來源的單核細胞，結果患者運動和認知功能顯著改善。

在同一時期，Luan等人進行了一項研究，他們將從流產胎兒組織中獲得的神經祖細胞 (NPC) 注入45名確診為 CP 的兒童的側腦室，并觀察到注射一年后患者的病情有顯著改善。

獲取神經干細胞 (NSC) 并通過腦室內注射給藥的過程既困難又耗時。

因此，2014年，Mancías-Guerra等人選擇鞘內注入來自患者自身骨髓的自體MSC。18名CP患者采用了這種方法。值得注意的是，在治療后的6個月隨訪期內，患者的運動和認知功能均得到了顯著改善。

三年后，孫教授及其同事開展了一項研究，他們為32名腦性癱瘓（CP）患兒靜脈注射了源自臍帶血的MSCs。經過1年的隨訪，評估顯示，接受治療的兒童與接受安慰劑治療的兒童相比，表現出了更優異的運動功能。

盡管研究已經證實了干細胞的積極作用，但它們如何穿過血腦屏障到達受損的腦組織仍不清楚。

同樣，通過靜脈注射人臍帶間充質干細胞 (hUC-MSCs) 給腦性癱瘓 (CP) 患兒，18F-FDG-PET/CT成像顯示其腦代謝活動顯著增強。此外，臍帶干細胞與促紅細胞生成素聯合應用可增強腦性癱瘓患兒的運動和認知能力。

定量擴散張量成像 (DTI) 是一種非侵入性成像方法，通過檢查水分子的運動來檢測白質微觀結構的變化，從而評估干細胞治療對白質完整性的影響。

研究發現，鞘內注射臍帶血來源的MSCs對改善腦性癱瘓 (CP) 患兒白質微觀結構改變具有顯著的積極作用。需要強調的是，鞘內注射干細胞的劑量對腦性癱瘓 (CP) 患兒的治療效果有顯著影響。Cox等人進行了不同劑量的實驗，發現注射 2 ×10⁷個細胞/kg可獲得最佳治療效果。

研究人員正在研究替代性、經濟有效的腦性癱瘓干細胞療法，他們發現，臍帶血單核細胞與間充質干細胞（MSC）相比，在治療腦性癱瘓患兒方面同樣有效。此外，這些單核細胞的分離過程在臨床環境中更為便捷。將個性化康復計劃與干細胞療法相結合，可協同增強腦性癱瘓患兒的運動和認知功能。這一發現表明，將干細胞療法與量身定制的物理康復計劃相結合的聯合治療方法可能提供更有效的治療策略。

在2021年的一項研究中，孫某等向15名腦性癱瘓患兒靜脈注射了5×10⁷個總有核細胞/kg的同胞臍帶血，報告除注射后前2周出現短暫性皮疹和發熱外，未出現明顯不良反應。據他們報告，注射后6個月，運動功能明顯改善。

2023年大連醫科大學附屬第一醫院干細胞臨床研究中心進行的一項研究表明，給腦性癱瘓患兒經鼻輸送神經干細胞，移植后3個月，患兒的自我護理能力和運動功能得到改善。在24個月的研究期間，未報告經鼻輸送的早期或晚期不良反應。

干細胞治療中風

當流向大腦的正常血液被打亂時，就會發生中風，從而導致腦損傷和功能受損。干細胞具有轉化為不同類型細胞（包括神經細胞）的能力，并有可能替代腦內受損或丟失的細胞。兒童缺血性中風的發病率明顯低于成人。雖然缺血性中風是成人死亡和殘疾的主要原因，但據估計，兒童每年的發病率約為每100,000名兒童2至13例。兒童和成人缺血性中風的根本病因有明顯區別。在兒童中，缺血性中風通常由先天性心臟病、鐮狀細胞性貧血和其他血液疾病引起。相反，動脈粥樣硬化是成人的主要病因。

干細胞治療中風的機制及臨床案例

細胞移植的有益治療效果已通過多種給藥途徑得到證實，包括動脈內、靜脈內和腦內等。然而，由于每種方法都有其自身的優勢、局限性和具體要求，因此確定最有效的給藥方法仍不確定。對于接受MSC移植的急性卒中患者，通過動脈內和靜脈內途徑進行全身給藥似乎是最合適的方法。動脈內途徑已被證明能夠有效地將大量細胞直接輸送到腦血管中，繞過器官過濾。這種特殊方法具有重要意義，尤其是考慮到血管內治療技術在急性卒中患者中的廣泛應用。

然而，它需要謹慎的技術精度，以防止發生腦栓塞。相比之下，靜脈給藥侵入性較小，可以輕松重復多次，使其成為最常用的方法。此外，它也可用于病情危重的患者。然而，由于對MSCs作用機制的理解有限，確定最佳的細胞輸送方法、時機和劑量仍是一項艱巨的任務。因此，必須開展更多研究，以加快該方法在臨床實踐中的應用。這些研究應涵蓋對移植后細胞分布、歸巢和命運的探究，以加深我們對這些方面的理解。

鐮狀細胞病相關中風是兒童中常見的后遺癥，到18歲時，多達40%的患者會患上此病。在成人中，一項I期臨床試驗已經確定了靜脈注射骨髓來源的單核細胞治療缺血性中風的可行性和有效性。然而，鐮狀細胞病兒科患者的情況有所不同，因為潛在病因仍然存在，如果不治療潛在疾病，只治療中風將是無效的。鐮狀細胞病的治療方法包括造血細胞移植 (HCT)，它可以恢復骨髓的正常紅細胞生成。單獨進行HCT不會對兒科患者的神經認知功能和生活質量產生負面影響。鐮狀細胞病患者的智商 (IQ) 會隨著時間的推移逐漸下降，但造血干細胞移植 (HCT) 可有效阻止這種下降，穩定智商和認知功能。

Carpenter等人進行的一項研究調查了鐮狀細胞病患兒的卒中發病率，結果表明，造血干細胞移植后腦梗死風險顯著降低。接受造血干細胞移植 (HCT) 的鐮狀細胞病患兒癲癇、偏癱和局灶性神經功能缺損等神經系統癥狀的發生率最低。盡管研究表明造血干細胞移植對鐮狀細胞病患兒卒中具有保護作用，但尚未有研究專門評估靶向干細胞治療對既往卒中患兒的治療效果，以及靶向干細胞治療是否可以與造血干細胞移植聯用。

干細胞治療自閉癥

自閉癥是一種神經發育障礙，其特征是難以進行相互性社會溝通，以及存在重復性和刻板行為。自閉癥的確切潛在機制尚未完全了解。然而，人們認為，遺傳和環境因素的共同作用可能導致了自閉癥的發展。多種病理過程都與自閉癥的發病機制有關，包括持續性腦灌注不足、局部免疫功能障礙、神經膠質細胞活性增強、谷胱甘肽生成減少、線粒體功能失調以及活性氧生成增加。目前，尚無治愈自閉癥的有效方法。

干細胞治療自閉癥的臨床試驗案例

近十年前，劉等人在中國對使用干細胞療法治療自閉癥進行了初步研究。他們發現，通過靜脈注射臍帶間充質干細胞（MSC）無法成功治療自閉癥。

隨后在中國使用相同臍帶間充質干細胞進行的一項研究表明，它在增強互動技能方面收效甚微。這兩項研究均為非隨機研究，治療組受試者均少于15人。第一項隨機、雙盲、安慰劑對照臨床試驗于2018年開展。研究人員在本次研究中使用了自體臍帶輸注。根據他們的研究結果，治療組和安慰劑組之間沒有統計學上的顯著差異。然而，主觀評估表明患者在社會化方面取得了一些進展。

2019年，Carpenter等人進行了”一項開放標簽試驗評估自體臍帶血治療自閉癥幼兒的效果，結果顯示白質束改變與臨床改善相關“的研究，通過輸注自體臍帶血單核細胞進行了擴散張量纖維束成像檢查。雖然成像數據觀察到輕微改善，但研究人員報告稱社交和溝通技巧也有輕微提高。

2020年，最近的一項試驗比較了同種異體和自體臍帶血對自閉癥患者的影響，研究對象相對較大。所有參與者均接受了單次靜脈輸注。治療6個月后對社交技能進行了評估，雖然同種異體組患者的表現略好，但總體差異不足以得出結論。

2020年，在另一項研究中，學者們給自閉癥兒童注射了三劑人臍帶組織 MSCs，間隔2個月，結果發現一部分研究參與者產生了 I 類抗人類白細胞抗原 (HLA) 抗體；然而，這些抗體在臨床上沒有癥狀。該研究是非隨機的，只有12名患者表現出社交技能的部分改善。

2021年，進行了初步的隨機對照試驗，評估鞘內注射自體骨髓MSCs的效果。然而，在行為和溝通技巧方面并未發現顯著改善。

從現有證據來看，可以得出結論，與腦性癱瘓和中風等疾病相比，干細胞療法對自閉癥的影響微乎其微。某些研究中觀察到的微小改善不能歸因于干細胞療法的效果。

自閉癥似乎是一種功能性疾病，其特征是神經元功能受損，而不是實際的神經元損傷。相比之下，腦性癱瘓和中風涉及大腦中真正的神經病變的發展。因此，雖然干細胞療法有可能成為腦性癱瘓等疾病的治療方法，但它不太可能為自閉癥帶來顯著的益處。

結論

干細胞療法被公認為是治療各種神經系統疾病（尤其是中風和脊髓損傷）的一種可行且安全的治療方法。盡管干細胞療法在肌萎縮側索硬化癥和帕金森病等其他疾病中顯示出良好的前景，但這些疾病在老年人群中更常見，在兒童中很少見。具有高致瘤潛力的干細胞類型，例如全能細胞和多能細胞，在臨床上并不實用。

相反，源自人臍帶血的間充質干細胞 (MSC) 因其安全性和可及性而成為干細胞治療的首選。在兒科神經系統疾病中，腦性癱瘓 (CP) 在干細胞治療研究中受到了廣泛關注。造血干細胞移植已被用于降低鐮狀細胞病患兒未來中風的風險。然而，干細胞治療在中風后疾病中的可行性和安全性尚未得到徹底評估。

迄今為止，只有一項研究探討了干細胞治療新生兒缺血性中風，并顯示出令人欣喜的結果。盡管這些研究結果令人鼓舞，但大多數研究僅限于I期臨床試驗，且患者群體較小。這些研究缺乏標準化的治療方案，且提供的中長期療效數據有限。因此，開展更全面的研究，納入更大的研究群體，以更好地了解干細胞治療在兒童神經系統疾病中的應用至關重要。

參考資料：[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

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