人脑的自我修复能力非常有限，这给缺血性中风等损伤后的恢复带来了巨大的挑战。基于干细胞的疗法已成为增强中风后恢复的有希望的策略。基于大量临床前证据，目前正在进行临床试验，以证明神经干细胞疗法对中风患者的有效性。然而，干细胞移植促进神经修复的机制仍未完全了解。关键问题包括：这些效应主要由以下机制驱动：(1) 刺激内源性修复过程的营养因子分泌，(2) 直接神经细胞替换，还是 (3) 两种机制的结合。
从瘫痪到复健！神经干细胞疗法5大机制如何促进中风后的大脑修复？
该综述探讨了神经干细胞治疗中风的最新进展，重点介绍了脑修复机制的研究见解。揭示干细胞介导的脑再生的根本机制，有可能改进治疗策略并推进一系列神经系统疾病的治疗。
从高效再生到有限修复：机体器官修复能力的异质性及其对中枢神经系统疾病治疗的启示
（1）死亡的组织必须由新生成的细胞取代，然后（2）新细胞必须分化并以复杂的模式组织起来，以恢复受损器官的原有结构和功能。在人体中，不同器官的修复特性可能有很大差异。一些组织，如皮肤和肝脏，具有很强的内源性细胞替代和模式修复能力。相比之下，包括中枢神经系统（CNS）在内的其他组织只显示出较低的再生潜力。这对患有脑部疾病和脑损伤的病人来说尤其棘手。
其发病核心机制为脑供血动脉被血栓或斑块阻塞，导致局部缺血缺氧。若未能及时通过溶栓或取栓恢复血流，每小时将损失相当于3.6年自然衰老的神经元，且梗死核心区细胞在数小时内不可逆死亡。这一病理级联反应凸显急性期再灌注治疗的紧迫性。
炎症介导的继发损伤与内源性修复的动态平衡：梗死周边“半暗带”作为功能可逆区域，在卒中后迅速启动小胶质细胞激活及外周免疫细胞浸润，释放促炎因子并破坏细胞外基质，加剧继发性损伤。星形胶质细胞于数天后活化，形成胶质瘢痕的同时分泌神经修复信号，揭示炎症反应的双刃剑特性。尽管慢性期（数周至3年）伴随血管新生、轴突重塑等内源性修复，但功能恢复高峰集中于卒中后3个月内，强调早期干预与时间窗管理的临床重要性。
现临床治疗现状与挑战：目前，急性缺血性卒中患者的唯一治疗选择是通过再灌注治疗恢复血流（图1）。唯一获批的治疗药物是重组人组织型纤溶酶原激活剂阿替普酶。尽管大量随机对照试验和25年以上的临床应用表明，静脉注射阿替普酶可降低急性缺血性卒中患者的致残率，但由于再灌注治疗仅在神经组织尚未完全丧失的急性期有效，其相对短暂的治疗时间窗限制了该药物的广泛应用。
图1：治疗缺血性中风的现有和未来选择。左图：目前，中风治疗仅限于再灌注疗法，即通过机械或酶促（rtPA）技术去除血凝块。然而，这种方法仅在症状出现后的一段较短时间内有效。右图：细胞疗法或将为未来提供一种有希望的选择，它有可能延长治疗时间窗，并改善超出再灌注治疗时间范围的患者预后。
细胞疗法正在成为一种有前途的新型中风治疗模式，这也得到了中风治疗学术产业圆桌会议的认可。值得注意的是，中风的细胞疗法已经达到转化阶段，共有30项（正在进行或已完成）临床试验和人体治疗结果。细胞疗法治疗中风的安全性已得到证实，进一步证实了这种方法的潜力。然而，这些疗法的疗效仍需在人体上得到证实，并且需要开展更多工作来优化干细胞在临床实践中的应用。
本综述汇集了各种临床前研究的证据，重点关注干细胞，特别是神经干细胞和祖细胞（NSC和NPC），如何促进中风后的大脑修复，并研究驱动基于干细胞的大脑再生的机制。
目前间充质干细胞治疗卒中的临床现状
既往随机临床试验主要集中于自体间充质干细胞（MSCs）的应用，因其具有强大的自我更新能力且易于从多种组织获取（MSCs天然存在于所有间充质组织中，包括骨髓、脂肪组织、脐带和牙髓等）。
多项Ⅰ期和Ⅱ期临床试验探索了不同来源的MSCs（表1），结果一致表明其安全性良好且耐受性优异。
代表性研究包括：2017年期间，柳叶刀神经病学期刊上发表了一篇“多能成体祖细胞治疗急性缺血性卒中（MASTERS）的安全性和有效性：一项随机、双盲、安慰剂对照的2期试验”的文章。
多能成体祖细胞治疗急性缺血性卒中（MASTERS）的安全性和有效性：一项随机、双盲、安慰剂对照的2期试验
最后结果表明：对于急性缺血性卒中患者，多能成体祖细胞治疗安全且耐受性良好。尽管多能成体祖细胞治疗在90天时未观察到神经系统结果的显著改善，但仍计划开展进一步的临床试验，以评估该疗法在卒中后更早时间窗（<36小时）的疗效。
2022年期间，一项评估同种异体脂肪组织来源的间充质干细胞治疗急性缺血性卒中 (AMASCIS) 的最终结果：一项II期、随机、双盲、安慰剂对照、单中心、试点临床试验发表在“Cell Transplantation”期刊杂志上。
同种异体脂肪组织来源的间充质干细胞治疗急性缺血性中风 (AMASCIS) 的最终结果：一项II期、随机、双盲、安慰剂对照、单中心、试点临床试验
结果表明：综上所述，AMASCIS IIa期先导临床试验结果提示，在缺血性卒中发作后的前2周内静脉注射AD-MSCs，在24个月的随访中是安全的。尽管各治疗组间的疗效终点均未达到统计学显著水平，但与安慰剂组相比，AD-MSC治疗组的NIHSS评分呈现改善趋势。
2024年期间，评估自体间充质基质细胞脑内移植安全性与耐受性的Ⅰ/Ⅱ期开放标签研究RAINBOW。尽管这些研究显示出良好的安全性，但疗效信号仍不一致。
迄今为止，仅在2024年期间开展过一项Ⅱ/Ⅲ期试验——TREASURE研究，该研究评估了静脉注射骨髓源性多潜能成体祖细胞对缺血性卒中患者的疗效。
异基因干细胞治疗急性缺血性中风2/3期TREASURE随机临床试验
虽然TREASURE证实了该疗法的安全性及耐受性，但未观察到临床结局的显著改善，使得MSCs及其他成体干细胞/祖细胞在缺血性卒中中的治疗潜力尚未得到验证。
表1：干细胞治疗成人缺血性中风的部分临床试验摘要（2017年至今）
什么是神经干细胞/祖细胞
神经干细胞/祖细胞（NSCs/NPCs）的特性与功能：神经干细胞（NSCs）凭借其定向分化为神经元、星形胶质细胞及少突胶质细胞的能力，成为神经修复领域的重要候选。其核心特性包括持续的自我更新能力，以及通过放射状胶质祖细胞介导的中枢神经系统发育期细胞生成（如神经元与胶质细胞）。
神经祖细胞（NPCs）作为NSCs的衍生群体，虽保留多系分化潜能，但谱系限制性更高且自我更新能力显著降低，需通过形态特征、基因表达谱及时空分布进行鉴定。两者均严格限定于神经谱系分化，避免非神经细胞生成，为精准修复提供基础。
来源挑战与临床转化策略：NSCs在成体中枢神经系统中仅存于特定神经源性微环境（如海马齿状回颗粒下层、侧脑室脑室下区），但因伦理和样本可及性限制（依赖胚胎或尸检组织），原代NSCs应用受限。
当前研究聚焦于通过胚胎干细胞（ESCs）或诱导多能干细胞（iPSCs）定向分化为外源性NSCs/NPCs，其分化方案因培养条件与目标应用而异。为确保临床安全性，需构建均质、稳定且低致瘤性的细胞群，同时优化扩增与分化流程，以满足再生医学对细胞治疗产品的严格标准。
神经干细胞移植治疗缺血性中风的临床试验进展
在缺血性中风中探索神经干细胞（NSCs）的最早大规模临床试验之一。
2020年，神经神经外科精神病学杂志刊发了一篇“人类神经干细胞脑内植入与中风后运动恢复：多中心前瞻性单臂研究（PISCES-2）”。这项研究提供了关于立体定向脑内注射人类神经干细胞（hNSCs）的可行性和耐受性的初步数据。
人类神经干细胞脑内植入与中风后运动恢复：多中心前瞻性单臂研究（PISCES-2）
该试验已完成1期（NCT01151124）和2期（NCT03629275），证明hNSCs可安全地递送至脑内。值得注意的是，部分残留上肢运动功能的患者显示出功能改善，尽管这些改善的程度因个体而异。
在迄今为止探索的细胞类型中，神经干细胞（NSCs）和神经前体细胞（NPCs）在中风治疗中最具潜力。在临床前中风模型中，关于NSC/NPC介导的组织修复机制（包括神经保护、神经发生和炎症调节）的研究已取得显著进展。然而，许多问题仍未解决，尤其是在递送方法的优化、细胞存活以及功能整合方面。
人类神经干细胞及前体细胞修复脑损伤的机制
当前学界持续争论的核心问题是：人类神经前体细胞（NPCs）/神经干细胞（NSCs）主要通过旁分泌信号（”旁观者效应”）、直接细胞替代作用，还是两者协同发挥其治疗效益（图2）。
临床前研究已证实，NSCs/NPCs分泌的保护性因子有助于卒中后脑再生。然而，前沿研究手段揭示了移植细胞在卒中动物模型中如何主动参与神经回路重建的新机制。总体而言，旁分泌信号与直接细胞替代的相对贡献可能随卒中后时间推移而动态变化。
在急性期至亚急性期（数日至数周），移植细胞主要发挥旁分泌效应，通过调节炎症反应、保护易损组织、修复血管系统及促进内源性修复过程实现治疗作用。随着组织微环境趋于稳定及炎症消退，其作用机制可能逐渐转向直接细胞替代。
图1：缺血性中风的病理生理涉及神经元变性、细胞凋亡增加、星形胶质细胞和小胶质细胞的激活以及血管重塑。细胞疗法可通过多种旁分泌机制或直接细胞替换来逆转这些过程。
（1）干细胞可释放营养因子（例如 BMP6 或 BDNF）以防止神经元细胞死亡，
（2）干细胞可通过释放抗炎细胞因子（例如 TSG-6）和抑制促炎细胞因子（例如 IL-1β 或 TNF-α）来抑制炎症反应，
（3）干细胞可通过释放促血管生成因子和上调 Ang-1/-2 等来促进血管生成，
（4）干细胞可分化为神经元以替代受损细胞并支持神经回路重建
在后续章节中，我们将详细探讨这些机制如何在卒中恢复的各个阶段逐步展开。
01、旁分泌作用
支持“旁观者”假说的临床前观察结果是，在移植细胞完全分化为特定神经细胞之前就可以检测到功能改善，这表明早期治疗益处可能来自移植的NSC/NPC分泌的因子，而不是它们整合到受损组织中。
事实上，在各种缺血性中风动物模型中的研究已经反复证实旁观者效应是干细胞治疗的基本机制。这些旁分泌机制涉及释放生物活性分子，如生长因子、细胞因子和细胞外囊泡，它们调节炎症、促进神经保护、增强血管生成并刺激受损大脑中的内源性修复过程。
02、促进血管生成与恢复血管完整性
血管生成在缺血性卒中后的神经再生与功能恢复中起关键作用。脑微血管系统的血管新生可促进损伤脑区的血流与营养供应，而血管内皮生长因子（VEGF）、成纤维细胞生长因子2（FGF2）等调控因子主导缺血后的血管生成及成熟过程。动物实验表明，局部移植神经或非神经来源的细胞可恢复血管完整性并改善血脑屏障功能。
神经干细胞/前体细胞（NSC/NPC）移植能显著增强星形胶质细胞终足及血管壁的VEGF免疫反应性，并促进缺血组织周围增殖性血管的生长。其他促血管生成因子（如血管生成素Ang-1和Ang-2）亦可由干细胞释放，介导血管新生。此外，NSC分泌的小细胞外囊泡能促进小鼠大脑中动脉闭塞后的脑血管生成及神经功能恢复，但其机制尚待阐明。
血管生成与神经功能恢复的关联：尽管血管生成增强与卒中后神经功能改善密切相关，但需同步恢复神经血管单元及血脑屏障的完整性方能实现疗效。
临床前研究表明，NPC移植可通过稳定血脑屏障发挥急性期神经保护作用：移植的NPC能降低卒中动物模型中升高的基质金属蛋白酶（MMP）-9水平，并防止紧密连接蛋白ZO-1降解。针对NPC源性细胞外囊泡的研究进一步揭示，其可通过抑制核因子κB（NF-κB）通路减少ABCB1及MMP-9活化，从而避免基底膜破坏。
这些机制共同支持血管系统的修复，为神经再生提供结构及功能基础。
03、炎症反应的调控机制
脑缺血后，促炎信号迅速激活常驻免疫细胞，加速中性粒细胞、单核/巨噬细胞及T细胞亚型等炎症细胞向损伤区浸润，加剧脑损伤。研究表明，干细胞可通过间接方式调节缺血后的炎症反应及免疫应答。在MCAO模型中，NPC移植动物缺血区ED1+活化巨噬细胞的浸润可持续至术后8周，但伴随握力与偏瘫前肢功能的显著改善。进一步研究发现，与未治疗组相比，NPC脑内移植可减少缺血区活化小胶质细胞数量，并下调促炎细胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）及免疫细胞趋化因子（MCP-1、MIP-1α）表达。
干细胞外泌体的抗炎作用：神经干细胞（NSC）源性细胞外囊泡（EVs）可调控小胶质细胞活化及表型极化。静脉注射后，EVs选择性富集于缺血脑区，抑制小胶质细胞促炎反应，降低TNF-α、IL-1β等炎性因子生成。联合NSC与EVs治疗可进一步增加抗炎因子IL-10表达，协同减轻小鼠卒中后神经炎症。这些发现提示，EVs可能通过递送生物活性分子实现跨细胞调控。
系统注射干细胞的免疫调节假说：近期提出的“生物反应器假说”认为，静脉输注的干细胞通过外周免疫调控而非直接入脑发挥作用。动物模型显示，NPCs可滞留于淋巴结或脾脏，抑制促炎T细胞活化并促进调节性T细胞扩增，从而限制免疫细胞穿越血脑屏障。此类外周免疫重编程可能阻断小胶质细胞过度活化及继发性组织损伤。
星形胶质细胞的双重角色与NPCs的调控：星形胶质细胞活化是神经炎症的重要特征；急性期胶质增生利于修复，但慢性期形成的瘢痕组织阻碍神经再生。
研究发现，移植至CNS损伤区的NPCs可分化出类似宿主反应性星形胶质细胞的表型，通过转录调控抑制局部炎症。缺血核心区的炎性/纤维化信号与周围神经微环境共同调节移植NPCs的分化方向，使其在抑制纤维化的同时保护健康神经元。这种动态调控机制为优化细胞治疗策略提供了新思路。
04、神经保护机制的多维作用
干细胞通过上调促生存因子（如BDNF、NGF）激活内源性神经发生与突触重塑，在卒中模型中展现显著神经保护效应。光化学遗传技术激活小鼠神经前体细胞（NPCs）可诱导促再生基因表达增强，而NPC移植治疗能改善年轻及老龄动物的皮层卒中后运动功能。BDNF作为活动依赖性神经营养因子，通过促进轴突发芽和延伸加速神经环路重建，其动态释放机制与功能恢复密切相关。
关键营养因子的协同作用：诱导多能干细胞来源的NPCs（iPSC-NPCs）与缺血微环境交互作用时，分泌IGFBP2、BMP7等关键因子，协同调控神经保护与再生。IGFBP2在卒中后海马区特异性上调，可能参与维持神经干细胞活性；BMP7则驱动运动功能恢复。最新研究发现，缺血小鼠梗死核心区IGFBP5水平升高，该蛋白可能通过调控修复性血管生成发挥作用。
内源性神经发生的激活：在大鼠大脑中动脉闭塞（MCAO）模型中，NPC移植组同侧脑区BrdU（溴脱氧尿苷）-DCX（双皮质素）双阳性细胞数量显著增加，且与移植细胞无直接关联，提示NPCs可能通过激活脑室下区内源性神经干细胞增殖并迁移至梗死区。
这些发现证实干细胞可通过旁分泌信号激活宿主自身修复潜能。内源性神经发生在中风恢复中的作用已被广泛讨论；然而，这些新形成的神经元是否与功能恢复相关仍有待阐明。
05、细胞替代的机制
细胞替代通过移植神经干细胞（NSCs）或神经祖细胞（NPCs）分化为成熟神经元，重建受损的神经回路。例如，移植的NSCs在小鼠中风模型中分化为GABA能神经元，通过神经连接蛋白、神经调节蛋白等信号通路与宿主组织整合，形成功能性突触连接，促进长期功能恢复。
然而，早期行为改善（如移植后1周）并非依赖神经元直接替代，而是源于旁分泌效应或宿主休眠回路的重激活，如神经营养因子释放、突触可塑性增强等。这表明，细胞替代的长期效果需依赖移植细胞的结构整合，而短期恢复更多涉及微环境调节机制。
结论和未来方向
中枢神经系统（CNS）的再生潜力有限，这对缺血性中风患者构成了重大挑战。尽管潜力巨大，但中风细胞疗法在临床试验中却未能证实疗效。然而，专注于神经干细胞（NSCs）类型（例如NPCs和NSCs），而非间充质干细胞或其他成体干细胞，或许更有前景。
我们进一步相信，了解基于干细胞的脑修复的精确机制，可以带来更好的细胞治疗产品和更高的转化成功率，因为可以针对特定疾病确定一些重要参数，例如最佳细胞类型、理想的应用途径或移植时机。因此，这些参数的差异必然会导致近期临床试验结果的不一致。
多年来，大量涉及将不同类型的细胞移植到各种缺血模型中的研究，揭示了脑修复的机制见解。虽然一些研究主要关注旁观者效应，但近期使用鼻咽癌（NPC）和神经干细胞（NSC）移植的研究表明，宿主和移植组织之间会形成特定的突触连接并进行信息交换。然而，这种功能整合是否真的有助于脑再生，仍需进一步证实。
我们认为，进一步研究尚未确定的基于细胞的脑再生机制，将有助于发现理想的治疗干细胞类型，这在开展更大规模的临床试验之前是必要的。
文章来源：[1]https://www.cell.com/action/showCitFormats?doi=10.1016%2Fj.stemcr.2025.102507&pii=S2213-6711%2825%2900111-0
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