由于神經組織再生能力有限，中樞神經系統 (CNS) 疾病的治療面臨嚴峻挑戰，導致許多患者長期殘疾。因此，開發新型治療策略刻不容緩。

干細胞療法憑借其多方面的特性，包括抗凋亡、抗炎、神經源性和血管生成作用，在減輕腦損傷和恢復神經連接方面展現出巨大潛力。近期研究還發現，外泌體（由干細胞分泌的、被脂質雙層包裹的小囊泡）是干細胞療法療效的關鍵機制。由于外泌體比干細胞本身具有更高的穩定性和更優異的血腦屏障通透性，外泌體已成為治療中樞神經系統疾病的一種有前景的替代療法。

給藥方式的選擇成為關鍵挑戰：干細胞療法和外泌體療法在中樞神經系統疾病中的應用面臨的一個關鍵挑戰是給藥方式。目前正在研究多種給藥途徑，包括腦內、鞘內、靜脈內、鼻內和動脈內給藥。

腦內注射雖能直達病灶但存在二次損傷風險，靜脈移植創傷小卻因血腦屏障限制導致腦部有效劑量不足；而動脈內移植憑借導管技術進步實現突破——既能高效輸送足量治療物質入腦，又顯著降低侵入性損傷，成為當前最具前景的策略。不過，該領域研究仍處早期階段，需進一步驗證其安全性與療效的優化平衡。

動脈注射干細胞&外泌體治療神經系統疾病，打多少細胞合適？什么時候移植好？

近日，北海道大學醫學研究生院神經外科在國際醫學期刊雜志《干細胞研究：推進科學與醫學》上發表了一篇“動脈內注射干細胞和外泌體治療中樞神經系統疾病”的研究綜述^[1]。

在本綜述中，我們總結了針對中樞神經系統疾病的干細胞及其外泌體的動脈內給藥，重點關注基礎和臨床研究，以闡明其功效和作用機制，以及它們的局限性和未來應用。

方法：在PubMed（ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed）上進行了文獻檢索，以確定關于中樞神經系統疾病動脈內干細胞或外泌體給藥的研究文章。搜索使用的關鍵詞是“動脈內”、“干細胞”、“外泌體或細胞外囊泡”和“腦”。搜索中包含的文章要求用英文撰寫，與中樞神經系統疾病相關，并且特別側重于干細胞和外泌體，而其他文章則被排除在外。

此外，我們還查看了初步搜索中選定的論文中引用的參考文獻。文章的選擇和數據收集由其中一位作者 (TH) 完成。收集的數據涵蓋各種疾病模型、細胞和外泌體來源、動物模型、劑量、治療持續時間和標記方法。

干細胞及外泌體IA移植治療中樞神經系統疾病的總體結果

共選定87篇符合本評論目標的文章；共選取71篇利用干細胞進行動脈內治療的臨床前研究文章，4篇文章被選為使用外泌體進行IA治療的臨床前研究，12篇文章被選為通過IA治療使用干細胞的臨床研究。

在所審查的71篇研究中，大多數（57篇，82%）側重于缺血性卒中。其余研究探討了創傷性腦損傷、膠質瘤、腦出血、阿爾茨海默病、帕金森病以及與動脈內（IA）移植相關的并發癥分析。這種分布是由于腦動脈阻塞是缺血性卒中的主要機制，因此通過相同的治療途徑同時治療腦部和血管是合理的。在本小節中，作者總結了與每種疾病相關的臨床前數據。

細胞治療7大中樞神經系統疾病的臨床前研究

缺血性中風的定義、負擔與當前治療局限：缺血性中風由腦血管閉塞引起，導致腦組織缺氧缺糖，是全球致殘的主因、第三大死因（占死亡10.7%）和第四大DALY損失原因（占5.6%）。標準急性期治療（如4.5小時內溶栓或取栓）旨在恢復血流、挽救缺血半暗帶，但即使血管成功再通，約50%患者仍遺留神經功能缺損。因此，探索動脈內移植干細胞或外泌體成為減輕后遺癥的新策略。

干細胞治療的細胞來源多樣性：干細胞來源是干細胞治療的關鍵因素（圖1）。在分析的57項研究中，51%使用人源細胞，49%使用動物同種異體細胞。人源細胞中，骨髓來源（BMSC/BMMNC）占主導（52%），其次為臍帶（22%）和羊膜（10%）間充質干細胞等。

動物細胞中，40%為骨髓來源，40%為胎兒腦源性神經干細胞（NSC）/神經嵴干細胞（后者獲取困難）。71%研究使用未修飾干細胞，其余則通過預處理、基因改造或純化以增強功效（表1），主要聚焦于：促進神經分化、改善細胞遷移/植入、或上調營養因子/抗炎作用，但修飾可能增加成本且臨床價值待定。

不同細胞來源特性的關鍵比較發現：研究比較了不同細胞特性：同位素標記顯示，人源細胞在動物模型中比動物同種異體細胞清除更快（6小時內放射性顯著下降），提示免疫排斥風險，警示動物數據外推至人需謹慎。

不同細胞類型（如神經嵴干細胞NCSCvsBMSC）表達獨特神經營養因子譜（NCSC高表達BDNF、巢蛋白等，BMSC表達GDNF），暗示恢復機制差異并需明確最優因子組合。此外，供體年齡顯著影響療效，年輕BMSC比年老者更能促進神經發生和血管生成。

核心問題：打多少細胞合適？

在缺血性中風動物模型中，動脈內注射干細胞治療時，多少細胞數量（劑量）是既安全又有效的？ 劑量過高可能導致血管阻塞，過低則可能效果不足。

從動物實驗里我們看到了啥：劑量亂得很，還有個“體重反常識”：不同研究用的劑量差別巨大（從少得可憐的0.4到嚇人的1333×10?個細胞/公斤都有）（圖2）。

有意思的是，體型越大的動物，每公斤體重打的細胞反而越少！ 比如：

• 小鼠：大概200×10?個細胞/公斤
• 大鼠：降到50×10?個細胞/公斤
• 狗：只要10×10?個細胞/公斤

為啥會這樣：很可能是因為很多實驗圖省事，不管動物大小，都打一個固定總數（比如100萬個細胞）。結果大動物分攤下來，每公斤的劑量就小了。

打多了真危險（安全是紅線）：好幾項研究都敲警鐘了：劑量一高，血管堵住的風險就蹭蹭漲。

• Fukuda那組發現：給大鼠打高劑量BMSC (36.4×10?個細胞/公斤)，死亡率 (39%) 比低劑量組 (27%) 和對照組 (33%) 都高，而且顯微鏡下看到更多微血管堵了。
• Yavagal團隊直接測腦血流，發現≤3.5×10?個細胞/公斤這個量，基本不影響血流。超過這個數，風險就來了。
• Cui的實驗也支持：在減少血流下降方面，低劑量 (10×10?) 比高劑量 (20和40×10?) 強。
• 連MRI都拍到了：大劑量 (26×10?) 會導致動脈堵住和腦損傷，小劑量 (1和8×10?) 就沒事。

結論很明確：高劑量是安全的主要威脅，微血管阻塞是頭號敵人。有個大概的安全上限在3.5×10?個細胞/公斤左右（但這不是絕對的）。

效果呢？矛盾不少（療效窗口難找）：低劑量可能有點用，但怕不夠：Fukuda那極低劑量 (0.4×10?) 也比沒打好，但顯然不是最優。

高劑量有時效果更強，但危險相伴：

• Greggio在圍產期腦損傷模型里發現，超高劑量 (500×10?) 比低劑量 (50×10?) 恢復更好、損傷更小。
• Yang也看到，高劑量 (300×10?) 比低劑量 (10×10?) 效果好。
• 甚至Wong用特殊處理過的細胞，在中等劑量 (40×10?) 下還能短暫提升點血流（可能是細胞釋放的VEGF起作用）。

怎么解釋這些矛盾：“最佳劑量”可能沒有標準答案！它高度依賴你用的是哪種干細胞、做的是哪種中風模型（成年急性vs圍產期）、病得多重、以及你具體看什么恢復指標。

本質上是在走鋼絲：劑量太低，效果不顯著；劑量太高，堵塞的風險就把好處全抵消了，甚至更糟。得在安全和有效之間找個微妙的平衡點。

怎么打也很關鍵（不只是數量問題）：

• 濃度和速度：Cui發現，同樣是20×10?個細胞/公斤，用高濃度溶液（0.5mL）還慢慢打（6分鐘），比用低濃度溶液（1mL）快點打（3分鐘）效果差很多。高濃度+慢速更容易讓細胞堆在一起堵住。
• 保持血流暢通：Chua和Ge都強調，注射時讓頸動脈的血一直流著，比暫時把血流掐斷，恢復得更好。
• 細胞個頭大小：Ge發現細胞大小太關鍵了！?用>30μm的大細胞，妥妥地堵血管造成急性損傷；用≤17μm的小細胞，就安全多了。小細胞是王道。

總結一下關鍵信息：

• 劑量是雙刃劍，安全是底線。微血管阻塞是最大的安全顧慮，高劑量風險顯著（死亡率、血流減少、腦損傷加重）。動物數據指向≈3.5×10?個細胞/公斤可能是個相對安全的上限（但非絕對）。
• 效果很“玄學”。有效劑量范圍很寬，從很低到很高都有報道有效。但效果特別好的劑量，往往離那個安全上限很近甚至踩線了，得特別小心。最佳劑量真得看具體情況（細胞類型、模型、目標）。
• “怎么打”和“打什么”一樣重要！?想安全：優先選小細胞（<17-30μm），把細胞稀釋開，打得快一點，確保注射時血流別停。這些操作能大大降低堵血管的風險。
• 人類移植干細胞的量用多少：依據斯坦福大學Ⅰ/Ⅱa期試驗顯示，2000萬劑量組在12個月時運動功能評分（FMMS）提升最顯著（總分↑12.1分），且影像學證實神經連接增強，安全性良好（僅輕微頭痛等自限性不良事件）。推薦劑量：2000萬神經干細胞（NR1）。
• 未來關鍵：開發優化整個細胞輸送方案（包括精確劑量、理想細胞特性、最佳注射參數），核心目標是最大限度避免動脈阻塞，這是改善治療效果和安全性的基石。

簡而言之：細胞劑量不是越多越好。必須在“有效劑量”和“安全劑量（避免堵塞）”之間找到精細的平衡點，同時注射方式（細胞大小、濃度、速度、血流）的優化對安全性至關重要。目前尚無明確答案，但避免阻塞是核心原則。

干細胞移植治療缺血性腦中風的移植時機

移植時機因研究而異，從血管再通后立即移植到第14天不等（圖3）。最常見的移植時機是在第1天，其次是1-6小時和2-3天。

“越快越好”不適用于干細胞移植：雖然中風后血管再通強調盡早（如血栓切除術），但干細胞移植卻并非如此。研究發現，超早期移植（如再通后1-6小時內）效果反而較差。Toyoshima等明確指出，再通后24小時移植比1小時或6小時移植能帶來更好的功能恢復和更多的腦內細胞植入。這很可能是因為中風后早期（約4小時內）血腦屏障功能尚存，阻礙了細胞進入受損腦組織。

其他研究也支持24小時移植優于更早時間點（如1小時），并且Rosenblum等觀察到細胞植入在第3天達到峰值，其次是第1天。這些都表明，過早移植時不利的腦部環境限制了干細胞療效。

亞急性期可能是“黃金窗口”，但具體時間點存在彈性：綜合多項研究，移植的最佳時機窗口可能在再通后24小時至72小時（1-3天）左右。這個亞急性期似乎避開了超早期的屏障阻礙，又抓住了恢復的關鍵階段。

不過，具體時間點并非絕對僵化。Mitkari等發現第2天和第7天移植都比對照組好，且第7天還能增強血管生成；而Ishizaka等則顯示較早時間點（1、4、7天）都有效，且第1天效果優于第4天和第7天。這些差異提示最佳時機可能受細胞類型、模型等因素影響。

總之，避開超早期、選擇再通后1-3天進行移植是目前動物實驗支持的有效策略，但確切的機制和最優化方案仍需深入研究。

干細胞移植核心再生機制：重建受損神經與血管網絡

干細胞移植主要通過促進神經再生和血管新生來修復腦損傷（表2）。

最關鍵的是神經發生：移植細胞不僅能直接變成神經元，更能加速大腦自身產生新神經細胞的過程，幫助這些新生細胞成熟并遷移到損傷區域。

同時，突觸發生（形成新的神經連接）和血管生成也被顯著促進。血管生成尤其重要，它既可以通過干細胞直接變成血管細胞，也能通過干細胞釋放的VEGF等因子刺激原有血管生長，從而恢復局部血流和供氧。有趣的是，不同腦區（如紋狀體、皮質、海馬）對血管生成的響應方式存在差異。

關鍵減損機制：保護腦組織并抑制損傷進程：除了重建，干細胞還能有效減輕和阻止中風后的繼發性損傷。這包括強大的抗炎作用，能平息損傷部位的炎癥風暴；以及減少氧化應激（有害自由基）、抑制細胞凋亡（程序性細胞死亡）和鐵死亡（鐵依賴的新型細胞死亡）。此外，干細胞還提供神經保護，防止健康神經元進一步受損；保護內質網功能（細胞內的“蛋白質工廠”）；以及維護血腦屏障的完整性（如通過PKCδ/AQP4通路），防止有害物質滲入腦組織。

作用方式與復雜性：多因子協同，機制仍在探索

這些恢復效果并非干細胞單打獨斗。干細胞通過釋放多種有益因子（如VEGF促進血管、鈣調神經磷酸酶抑制凋亡）以及與宿主環境相互作用（如通過VLA-4等分子增強與血管內皮細胞的粘附）來發揮作用。值得注意的是，外泌體（干細胞分泌的小囊泡）的釋放也被觀察到上調，但其在大腦修復中的具體角色仍不完全清楚，是未來研究的重要方向。總之，干細胞治療通過再生與保護雙管齊下、多靶點協同的復雜機制促進腦功能恢復。

干細胞治療創傷性腦損傷 (TBI) 潛力與動脈內移植探索

全球每年有超過5000萬人遭受創傷性腦損傷，且許多患者遺留長期殘疾，現有療法效果有限。干細胞療法被視為有希望的解決方案，已有大量基礎和臨床研究通過腦內或靜脈注射進行。日本甚至已批準基于腦內移植的干細胞產品。

然而，利用動脈內途徑移植干細胞治療TBI的研究目前非常有限（僅有少量研究如補充表S1所列）。這些初步研究使用的細胞（人/大鼠BMSC或NSC）、劑量（5-25×10?cells/kg）和時機（傷后1-14天）與缺血性中風研究類似，并顯示出有希望的結果。盡管如此，仍需更多研究來充分評估和明確動脈內干細胞移植治療TBI的真正潛力和最佳方案。

動脈內移植干細胞治療腦出血 (ICH) 的治療需求與稀缺研究

腦出血同樣缺乏有效治療方法，干細胞移植為其帶來新希望，但研究焦點也集中在腦內和靜脈途徑，目前有數項臨床試驗正在進行。

針對動脈內移植治療ICH的研究則極其稀少，目前僅發現一項研究報道。該研究（Seyfried等）在ICH后一天，通過動脈內注射10×10?cells/kg的人BMSC并聯合使用甘露醇，成功減輕了神經功能障礙，其機制與促進神經發生有關。這一孤例雖然提供了初步證據，但凸顯了該領域研究的匱乏，亟需更多探索來驗證動脈內途徑在ICH治療中的效果和可行性。

膠質瘤：干細胞作為靶向“病毒工廠”的潛力

惡性膠質瘤是最常見且致命的原發性腦癌，傳統治療效果有限（平均生存期約14個月）。利用間充質干細胞（MSC）能趨向炎癥/腫瘤部位的特性，將其作為攜帶溶瘤病毒的載體進行動脈內移植，成為一種有前景的策略。

四項關鍵研究表明，經頸動脈注射的、裝載溶瘤病毒的MSC能精準聚集在膠質瘤組織（而非健康腦組織），有效抑制腫瘤生長并延長動物生存期。相比之下，單純讓MSC過表達干擾素γ等蛋白質則無效，這提示攜帶可復制病毒（而非單純分泌蛋白）是發揮抗腫瘤作用的關鍵。

動脈內移植干細胞治療阿爾茨海默病的挑戰與探索方向

阿爾茨海默病（AD）影響全球超5500萬人，目前療法僅能緩解癥狀，無法治愈。動脈內干細胞移植治療AD的研究極其匱乏，僅有一項已發表的嘗試且結果不佳。一個核心挑戰在于，與中風或腦損傷不同，AD患者的血腦屏障（BBB）相對完整，阻礙了干細胞進入腦部。未來研究應考慮結合使用甘露醇等BBB開放劑來促進細胞穿透。此外，鑒于AD是慢性進展性疾病，多次注射干細胞或其分泌的外泌體可能比單次治療更具潛力。

帕金森病：有限的穿透與療效之謎

帕金森病（PD）以運動障礙為特征，全球患者約1000萬，同樣缺乏根治手段。一項研究嘗試通過動脈內移植甘露醇預處理的MSC治療PD模型。雖然觀察到一定程度的功能恢復，但令人意外的是，并未檢測到受損腦區（紋狀體、黑質）的細胞結構發生明顯改變。這表明觀察到的改善可能源于其他保護性或調節性機制，而非直接的細胞替換或顯著修復，同時也突顯了干細胞有效到達并作用于深部腦區（如黑質）的困難。

動脈移植干細胞的安全問題

動脈內干細胞移植的主要安全問題聚焦于血管阻塞風險，核心因素包括細胞劑量、輸注速度和細胞物理特性：Cui等發現高劑量+緩慢注射易形成微血栓，導致功能恢復惡化，強調需優化細胞分散性；Ge等證實細胞尺寸是關鍵——小細胞（12-18μm）比大細胞（30μm）顯著減少血管阻塞并改善療效，而3D培養可縮小細胞尺寸。

此外，細胞衰老（增大細胞體積）亦影響安全，采用人血小板裂解物替代胎牛血清培養可延緩衰老、維持較小細胞形態，為提升安全性提供新策略。

外泌體治療神經系統疾病的臨床前研究

外泌體的獨特優勢與治療潛力干細胞來源的外泌體作為一種新興的納米級治療載體（40-200 nm），憑借其高效穿透血腦屏障的能力、極低免疫原性、穩定易保存的特性，以及攜帶多種生物活性分子（如DNA、mRNA、miRNA、蛋白質）的“分子武器庫”，成為替代傳統干細胞療法的突破性策略。其核心優勢在于可直接將治療性物質遞送至靶細胞，規避了活細胞移植的安全風險，同時在神經修復（如促進神經突生長）和抗炎調控中展現出顯著潛力。

疾病模型中的實證效果與工程化突破：在動物模型中，動脈內外泌體已證實其治療價值：

• 中風治療：過表達miR-133b的BMSC外泌體（3×1011顆粒/次）顯著促進神經血管再生并改善功能恢復；
• 腦損傷修復：人BMSC外泌體（1.3×10?顆粒）抗炎效果甚至優于干細胞本身；

這些研究雖處于起步階段，但共同指向：工程化修飾可大幅提升外泌體靶向性與療效，為腦部疾病的精準治療開辟新路徑。

通過動脈內移植干細胞和外泌體治療中樞神經系統疾病的臨床試驗

有12篇文章研究了動脈內干細胞移植，但尚未發表關于動脈內外泌體移植的臨床試驗。詳細數據如表3所示。

臨床研究格局與安全性評估：目前針對動脈內移植的臨床研究集中于干細胞（尤其是自體骨髓單核細胞BMMNC和間充質干細胞BMSC），尚無動脈內外泌體移植的臨床試驗報告。在12項已開展的干細胞臨床試驗中，缺血性中風是主要適應癥（占比最高），其次為難治性疾病如多系統萎縮、癲癇等。

細胞來源以自體細胞為主導（BMMNC最常見，其次為BMSC），這主要源于早期對同種異體細胞安全性的顧慮；但為實現療法的廣泛可及性，同種異體細胞仍是未來關鍵方向。細胞劑量范圍較大（3–160×10?cells/kg），與動物實驗數據基本一致。安全性方面，多數試驗未報告嚴重不良事件，但Giordano等研究中85%患者（6/7）出現無癥狀缺血體征，提示微血管阻塞風險仍需警惕。

療效矛盾與優化方向：療效結果呈現疾病依賴性差異：

• 缺血性中風：早期單組試驗顯示功能改善，但大型隨機試驗未達到統計學顯著恢復（如Bhatia等僅觀察到邊際趨勢，p=0.07）。值得注意的是，Bhatia試驗中高劑量組（83×10?cells/kg）的潛在療效優于低劑量組，提示BMMNC可能需要更高劑量窗口。
• 多系統萎縮：Lee與Chung的研究顯示，中高劑量BMSC（6-9×10?cells/kg）顯著延緩疾病進展，優于低劑量組（3×10?cells/kg），這對缺乏有效療法的疾病具有臨床意義。

然而，多系統萎縮等疾病的試驗缺乏動物模型基礎驗證，且干細胞移植對罕見病的機制研究不足。當前動脈內移植的臨床試驗仍處于早期階段，亟需通過優化劑量策略、結合外泌體遞送技術（其血腦屏障穿透性優于細胞），并加強臨床前轉化研究，以提升療效可重復性。

結論和未來方向

動脈內干細胞/外泌體移植相比其他移植方法具有諸多優勢。導管技術和方法的進步將提高該方法的安全性，而對干細胞和外泌體特性的深入了解將有助于改善中樞神經系統疾病的功能預后。進一步評估最佳細胞來源、劑量、時機、追蹤方法和潛在機制對于開發新型治療模式至關重要。

參考資料：

[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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