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间充质干细胞移植治疗缺血性脑卒中的潜在机制和治疗靶点

发表时间:2022-06-16 21:28

缺血性脑卒中是世界上导致死亡和残疾的主要原因之一。目前,由于治疗窗狭窄、并发症严重,大多数患者不能选择静脉溶栓或血管内机械取栓。干细胞移植是一种新兴的治疗方法,已在各种中枢神经系统疾病中进行了研究。动物和临床研究表明,间充质干细胞(MSCs)移植可以缓解神经功能缺损,为缺血性卒中治疗带来希望。


介绍

缺血性中风是世界上导致死亡和残疾的主要原因之一。目前,溶栓和机械取栓已经彻底改变了缺血性卒中的治疗。然而,存在严重的缺陷,例如时间窗窄、出血风险、可用性问题和治疗失败因此,寻找治疗时间窗更宽、出血风险更低的新替代方案对改善神经功能和降低死亡率非常重要。基于干细胞的疗法正在成为中风患者功能恢复的理想候选者,以减少损伤和增强神经恢复

目前,各种类型的干细胞,如胚胎干细胞、诱导多能干细胞、神经干细胞和间充质干细胞(MSCs),以及血管和内皮祖细胞,已被用于治疗缺血性脑卒中并研究其治疗潜力。其中,骨髓来源的间充质干细胞(BM-MSCs)是最常用的间充质干细胞,具有易于培养、安全、免疫原性弱等优点。此外,越来越多的证据表明,间充质干细胞通过多靶点和多时相影响缺血性卒中的病理过程,包括在急性、亚急性和慢性期减少炎症、调节免疫功能、抑制细胞凋亡、促进神经血管、白质和突触重塑。缺血性中风因此,间充质干细胞可能是理想的“种子细胞”,特别适用于神经系统损伤和退行性疾病的细胞移植治疗。

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在此,我们回顾了间充质干细胞移植治疗缺血性脑卒中的潜在机制和治疗靶点,包括旁分泌效应分子、调节免疫功能和神经血管单元、白质和突触的重塑,以及GMPs级间充质干细胞的产生过程,期待提高有效的以及关于MSCs治疗缺血性卒中疗效的一般结论,特别是在临床试验中,并为缺血性卒中提供新的治疗方向。



间充质干细胞概述

MSCs于1970年由Friedenstein及其同事首先发现,并于1991年被Caplan命名为“间充质干细胞”。随后,MSCs在文献中有许多替代名称,包括间充质基质细胞、多能基质细胞、骨髓基质细胞、中胚层干细胞细胞,甚至药用信号细胞间充质干细胞可以从几乎任何组织类型中收获,并具有自我更新和多向分化的潜力,可以分化成间充质组织,包括成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和造血支持的基质细胞。

目前,间充质干细胞已成为研究最广泛的干细胞群,广泛用于临床试验和/或治疗各种疾病,包括血液疾病、肺终末期疾病移植物抗宿主病自身免疫性疾病、各种神经系统疾病,甚至感染COVID-19的患者


间充质干细胞



在动物模型和临床试验中,MSC移植治疗缺血性卒中的安全性、可行性和有效性

中风动物模型研究

在大鼠缺血性卒中急性期,间充质干细胞治疗通过保护线粒体功能、抑制神经元凋亡和焦亡、减少梗死周围区域的小胶质细胞活化,增加神经元的可塑性和功能恢复在大鼠缺血性卒中亚急性期,GMP级人脐带源性间充质干细胞 (hUCMSCs) 治疗有效改善了行为缺陷,减少了梗死体积和胶质瘢痕形成,促进了缺血半影区的血管生成

此外,在亚急性期,hMSCs还通过抑制促炎细胞因子和M2-to-M1巨噬细胞/小胶质细胞表型转变来减少梗死周围区域的血脑屏障 (BBB) 破坏和细胞凋亡在慢性中风大鼠模型中,移植 hUCMSCs可维持BBB完整性,减轻行为缺陷,并促进神经发生和血管生成这些研究表明间充质干细胞治疗大鼠急性、亚急性和慢性缺血性卒中是安全、可行和有效的。

中风临床试验研究

2005年,Bang等人。首先,前瞻性随机检查了30例大脑中动脉区域内脑梗死和严重神经功能缺损患者的培养扩增自体MSCs移植的短期随访可行性、有效性和安全性。MSCs组患者在卒中7天内静脉输注 1×10个自体MSCs,并随访长达1年。结果表明,MSCs可以促进功能恢复,并且没有报告任何与移植相关的不良事件


2010 年,他们还对85名严重大脑中动脉供血区梗死患者进行iv MSCs移植的长期安全性和有效性进行了开放标签、观察者盲评估。MSCs组患者接受iv自体离体培养的MSCs并随访长达5年。结果还表明,MSCs是安全的,可以促进功能恢复,具体取决于患者的具体特征,并且与血清基质细胞衍生因子-1水平和侧脑室室下区受累程度有关


随后,Jaillard等人进行了两项 II 期试验。和ZK等人还证实了MSCs在亚急性卒中的安全性和可行性同样,治疗慢性中风的研究也证明了MSCs的安全性、可行性和治疗效果这些临床试验还表明,MSCs治疗对急性、亚急性和慢性缺血性卒中患者的治疗是安全、可行和有效的。



间充质干细胞移植治疗缺血性脑卒中的潜在机制和治疗靶点

动物模型和临床试验研究表明,间充质干细胞可以有效治疗缺血性中风。间充质干细胞如何发挥治疗作用?间充质干细胞的治疗靶点是什么?如图1所示,列出了MSCs移植治疗缺血性卒中的潜在治疗靶点。

间充质干细胞移植治疗中可能的治疗靶点

MSCs间充质干细胞、NPCs神经前体细胞、OPCs少突胶质祖细胞、BBB血脑屏障

间充质干细胞移植治疗缺血性脑卒中的主要机制


旁分泌效应分子:MSCs可以通过旁分泌产生和分泌大量的趋化因子、细胞因子、神经营养因子和细胞外囊泡(EVs),通常称为MSCs分泌组。这些分子和EV将通过多种方式为 MSCs 移植治疗缺血性中风的治疗靶点提供有价值的见解,例如抗炎、抗凋亡、抑制纤维化、促进血管生成和神经发生、免疫调节等功能.


趋化因子

细胞因子

神经营养因子

MSC-细胞外囊泡


间充质干细胞分泌的内分泌因子


CCL,趋化因子(CC基序)配体;CXCL、CXC配体;CCR、CXCR、BBB、血脑屏障;IL,白细胞介素;BDNF,脑源性神经营养因子;GDNF,胶质细胞系衍生的神经营养因子;VEGF,血管内皮生长因子;bFGF/FGF-2,碱性成纤维细胞生长因子;TGF-β,转化生长因子-β;HGF,肝细胞生长因子;和 EV,细胞外囊泡


间充质干细胞的免疫调节作用:体内和体外研究表明,间充质干细胞可以通过与适应性和先天免疫系统中的细胞相互作用来修复受损的脑组织来调节免疫。间充质干细胞的免疫调节功能是通过细胞与细胞的接触和可溶性因子的释放来发挥的。图2显示了MSCs的免疫调节作用。



小胶质细胞/巨噬细胞

先天免疫

适应性免疫

全身免疫


间充质干细胞介导的免疫调节的潜在目标

IL,白细胞介素;IDO,吲哚胺 2,3-双加氧酶;SOD,超氧化物歧化酶;STAT,信号转导和转录激活剂;PGE2,前列腺素 E2;sHLA-G5,可溶性人白细胞抗原-G5;TGF-β,转化生长因子-β;CD,分化簇;TSG-6,肿瘤坏死因子-α-刺激基因-6;NO,一氧化氮;Fas,TNF受体超家族,成员6;C3,补充 3;CXCR,CXC趋化因子受体;NK细胞、自然杀伤细胞;DC、树突状细胞


调节脑细胞的功能和命运:间充质干细胞还可以通过调节脑细胞的命运和功能来改善脑功能在本节中,我们将描述MSCs在中风后调节脑细胞命运和功能中的作用(图3)。


提高细胞存活率

促进内源性神经/少突胶质细胞前体细胞的增殖、迁移和分化

细胞融合

神经胶质细胞的调节功能


间充质干细胞介导的调节脑细胞功能和命运的潜在靶点

A MSCs 影响脑细胞的自噬、凋亡和坏死,以提高缺血性中风后的细胞存活率。

B MSCs促进内源性神经/少突胶质细胞前体细胞 (NPCs/OPCs) 的增殖、迁移和分化。

C MSCs 与神经元和周细胞的细胞融合。

D 间充质干细胞调节神经胶质细胞的功能。IS,缺血性中风;mTOR,雷帕霉素的哺乳动物靶标;BDNF,脑源性神经营养因子;MMP,基质金属蛋白酶;STAT,信号转导和转录激活剂;TNT,隧道纳米管;PI3K/Akt,磷酸肌醇-3-激酶/蛋白激酶 B;SDF-1,基质细胞衍生因子-1;NRG-1,神经调节蛋白 1;NPC,神经前体细胞;TGF-β,转化生长因子-β;CX3CL1、CX-3-C 配体-1;嘘/Gli1,声波刺猬/Gli1;NF-κB,活化B细胞的核因子 kappa-轻链增强剂;和miR,微小RNA

结论

间充质干细胞治疗缺血性脑卒中的潜力巨大。大量临床前和临床工作支持 MSCs移植对治疗缺血性脑卒中具有的安全性和恢复作用。

总之,间充质干细胞似乎可以用作中风治疗的候选治疗药物,并为在不久的将来进行新的治疗铺平道路,以改善缺血性患者的神经功能、存活率和生活质量。

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