前沿| 干细胞疗法保护和修复发育中的大脑：脐带血和羊膜上皮细胞作用机制的综述神经科学

老丁的doc 2019-02-16

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干细胞疗法保护和修复发育中的大脑：回顾脐带血和羊膜上皮细胞的作用机制

Margie Castillo-Melendez 1†，

Tamara Yawno 1†，

Graham Jenkin 1,2和

Suzanne L. Miller 1,2 *

1澳大利亚维多利亚州克莱顿莫纳什大学莫纳什医学研究所里奇中心
2莫纳什大学妇产科，澳大利亚维多利亚州克莱顿市

在研究，临床和更广泛的社区中，人们对使用干细胞减少进展或确实修复脑损伤非常感兴趣。围产期脑损伤可能是由胎儿发育期间，出生过程中或新生儿期间持续的急性或慢性损伤引起的。围产期脑损伤最容易识别的结果是脑瘫，然而，这只是一系列轻度至重度神经功能缺损的结果。正如我们所回顾的那样，目前全世界正在进行针对脑瘫的临床试验，采用干细胞疗法。从这些试验中出现强有力的循证结果可能需要很多年。随着这些试验的进行，解决干细胞样细胞预防损伤的生理基础既适当又及时，或再生，新生儿的大脑。适当的实验动物模型最适合提供这些信息。细胞可用性，免疫排斥的可能性，伦理和后勤方面的考虑，以及天然细胞形成畸胎瘤的倾向，使胚胎或胎儿干细胞不太可能实用。幸运的是，这些问题与使用人羊膜上皮细胞（hAECs）或脐血（UCB）干细胞无关，这些干细胞易于经济地从出生时丢弃的胎盘和脐带中获得。这些细胞有可能移植到新生儿，在那里诊断或甚至怀疑脑损伤。我们将探讨hAECs和未分化UCB细胞的新特征，

围产期缺氧缺血性脑损伤

人类大脑出生时严重缺氧缺血性损伤的神经系统后果通常很严重，导致新生儿死亡或永久性神经功能障碍的主要原因是脑缺血（Johnston等， 2011 ; Volpe，2012）。有风险的新生儿包括那些在分娩前出现胎儿窘迫症状，Apgar评分异常并需要在出生时复苏，并在分娩后24小时内出现特定神经异常的患者（Perlman，2004））。虽然HIE婴儿脑损伤的根本原因和确切时间并不总是已知，但胎儿早剥，脐带脱垂或长时间分娩可能导致出生时严重的产时缺氧缺血性损伤，但也可能出现沉淀产前危险因素（如先兆子痫，产前出血或宫内生长受限）（Itoo等，2003 ; Paolo，2012）。

从缺氧缺血性损伤到围产期大脑内的大量细胞死亡的进展已被广泛研究和评价（Volpe，2001a，2012 ; Ferriero，2004 ; Gunn和Bennet，2009）。它可以描述为从初级损伤和能量消耗开始到随后的再灌注诱导的细胞死亡级联的一系列阶段。人类神经影像学和实验动物研究表明，对发育中的大脑的损害在数天甚至数周内都会发生变化（Ferriero，2004）。在人类婴儿中，神经细胞死亡发生在原始缺氧缺血性损伤后的一系列时间顺序阶段（Penrice和Nussey，1992 ;Azzopardi和Edwards，2010），这一发现已在围产期脑损伤动物模型中得到更详细的探索（Berger和Garnier，2000 ; Gunn和Bennet，2009））。由于细胞缺氧和高能量储存的耗尽（初级能量衰竭），发生原发性神经元死亡，以应对侮辱。在脑灌注和氧合作用恢复后，缺氧诱导的细胞毒性水肿和兴奋性氨基酸的积累经常消退，同时恢复脑降低的代谢状态。然而，在窒息期后的几个小时内，脑氧化代谢可能恶化，并且该阶段可能持续许多天。这种继发性能量衰竭的特征可能是癫痫发作，进一步水肿，兴奋毒素和细胞毒性炎症物质的积累，脑线粒体活性的失败以及最终的细胞死亡（Gunn和Thoresen，2006））。第二次延迟的脑损害波的持续时间和严重程度与1岁时神经发育受损的程度密切相关（Roth等，1992）。通过类比中风或创伤性脑损伤后成人大脑中发生的事件，“恢复”期间出现的损伤被认为是由于血管麻痹，炎症过程增强，自由基形成和血液分解 - 脑屏障。同样，在发育中的大脑，我们和其他人已经表明，增加自由基的形成（Miller等，2005）和水肿（贝内特等人，2007年）发生在急性短暂的胎羊脑模型在子宫内 窒息，表明氧化代谢，氧气供应和脑血流的耦合在这些事件发生后的几个小时内仍然受到干扰。

目前，对于在出生后不久被诊断患有HIE的婴儿的唯一治疗方法是开始低温治疗。低温作为一种治疗干预已在人类新生儿中得到广泛研究（Gunn等，1998 ; Shankaran等，2005 ; Simbruner等，2010 ; Higgins等，2011），其中低温，严重缺氧 - 缺血后在出生时，降低了死亡或严重残疾的发生率，导致中度但非严重的HIE婴儿显着改善（Shankaran等，2005 ; Higgins等，2011））。低温诱导神经保护的主要机制可能是多模式的，低温可以减少脑灌注和新陈代谢，减少二次能量衰竭和氧化应激，导致脑氧化代谢恢复，随后减少程序性细胞死亡（Katz等，2004）。然而，尽管已证实有效，但当有效应用低温时，40-50％的婴儿在治疗后仍将死亡或遭受显着的神经功能障碍（Edwards等，2010 ; Massaro等，2013）。此外，目前存在治疗性低温给药方式的变化（Harris等人，2013并且为了有效，低温治疗HIE必须在出生后6小时内开始，这表明减少脑损伤进展的“机会之窗”仅限于侮辱后的几小时（Vannucci和Perlman，1997 ; Gunn）等人，2005 ; Higgins等人，2011）。这与成人大脑形成对比，在成年大脑中，已经证明治疗选择在侮辱后几个小时以及可能在严重的缺氧缺血事件后数天延长（Horn和Schlote，1992）。然而，任何用于限制新生儿脑损伤程度的治疗干预都是非常令人鼓舞的，并且为进一步改进和开发新的或辅助的神经保护治疗提供了基础和推动力。必须考虑能够补充并为低温提供附加益处的疗法，其主要目的是预防或减少大规模程序性细胞死亡的进展。或者，如果缺乏围产期脑损伤诊断或其他后勤因素，如三级保健的可用性，在机会之窗的时间内排除治疗，我们必须寻求替代策略，如基于细胞的疗法，可以提供再生和年轻大脑内的修复能力。

还应该考虑到，虽然术语缺氧缺血性脑损伤和随后的HIE是易于识别并因此易于治疗的病症，但是存在导致围产期脑损伤和神经发育缺陷的其他显着的慢性或急性原因因素。最值得注意的是，在早产婴儿和暴露于宫内炎症（绒毛膜羊膜炎）的婴儿中，白质脑损伤（通常表现为脑室周围白质软化）是最常见的脑损伤形式（Volpe，2001b ; Yoon等，2003）。反过来，脑室周围白质损伤是脑瘫患儿中观察到的主要神经病理学（Leviton和Paneth，1990））。确定早产脑白质损伤的发作时间和演变时间比描述缺氧缺血时的损伤进展更具挑战性。然而，已知缺氧缺血和炎症过程的上调是导致新生儿脑室周围白质脑损伤的最终常见途径（Volpe，2001b ; Yoon等，2003 ; Titomanlio等，2011）。

干细胞治疗围产期脑损伤

实验性临床和动物研究已经开始阐明基于干细胞的疗法预防或修复围产期脑损伤的效用。主要地，这些细胞来源于神经元胚胎或成体组织（神经干细胞），或来自非神经起源，例如从骨髓和脐带分离的那些。神经干细胞是自我更新的，并产生神经元，星形胶质细胞和少突胶质细胞。实验上，这些细胞似乎对损伤后的神经修复有很大希望，包括围产期缺氧缺血性脑损伤（Felling等，2006 ; Daadi等，2013），然而，神经干细胞移植的治疗益处有以前没有令人信服的表现（Andressen，2013）。神经干细胞难以收获，缺乏同质性，并且在中枢神经系统中发现的数量非常少（Sommer和Rao，2002））。干细胞疗法提供了有希望的治疗潜力，令人兴奋的前景是干细胞可以通过脑损伤进展的不同阶段的各种不同行为起作用。然而，除了考虑它们的功效之外，重要的是反思用于临床应用的干细胞的伦理问题，可及性和丰度。因此，在本文中，我们将回顾使用人羊膜上皮细胞（hAECs）和脐带血（UCB）衍生细胞的干细胞疗法; 每当有不良侮辱的时间已知时，每个都有可能中断围产期脑损伤的进化过程，或者在子宫内可能发生侮辱时提供再生能力因此，可能会出现更高级的神经病理学。hAEC和UCB都可以在人类出生时从丢弃的组织中容易且经济地获得。因此，由于这些细胞谱系中的每一个都显示出独立的保护和修复特性，我们提出了对于确定有脑损伤风险的婴儿的新生儿脑的自体神经保护治疗的有趣可能性。

人羊膜上皮细胞（hAECs）

在过去的十年中，人们越来越关注hAEC在治疗器官损伤中的修复特性和潜在用途，包括挽救成人神经退行性或急性脑紊乱（Yang et al。，2010 ; Broughton et al。，2013）。人羊膜是在受精后第8天或其附近和原肠胚形成之前由外胚层形成的，并构成胎儿周围羊膜的内层（Akle等，1981））。人羊膜在妊娠和胚胎发育中具有关键作用; 它具有抗炎和免疫特性，可抑制胎儿的免疫反应，具有多种代谢和转运功能，可能有助于子宫收缩的发生和发展（Mamede等，2012）。羊膜内的细胞群显示出多能特性，反映了该膜在子宫内的起源，但也为这些细胞的临床应用提供了理论基础（Parolini等，2008）。

人羊膜的最内层厚度为8-12μm，由单层均质立方上皮细胞组成，即所谓的hAEC（Hebertson等，1986 ; Iwasaki等，2003）。hAEC显示胚胎和多能干细胞的许多特征，具有分化成一系列细胞类型的潜力（Ilancheran等，2007 ; Parolini等，2008）。羊水也是具有与hAEC类似特征的细胞来源。在羊膜穿刺术中从羊水中获得的异质细胞群具有不同的分化能力，因此对于hAECs，可能因此提供新的治疗潜力（De Coppi等，2007））。羊水来源干细胞和hAECs均为CD117（c-Kit）阳性，CD117是一种跨膜蛋白，可作为酪氨酸激酶受体 - 一种受体，也存在于胚胎干细胞，原始生殖细胞和体干细胞中，包括神经嵴细胞 - 然而，基于许多细胞表面标志物的差异和通过转录谱分析评估的基因表达模式，羊水来源的干细胞也看起来与hAEC不同（Hipp和Atala，2006 ; Murphy等，2010）。hAEC本身具有低免疫原性（Bailo等，2004），实际上，它们不是引发免疫反应，而是通过抑制先天性和适应性免疫系统细胞来减少这种反应（Li等，2005）。hAECs在免疫调节中的作用似乎是多因素的，其特征在于促炎细胞因子的抑制（Solomon等，2001），巨噬细胞募集的调节（Tan等，2013）和抑制趋化活性的因子的分泌。中性粒细胞和巨噬细胞（Li et al。，2005）。hAEC的这些属性，如图1所示，考虑到基于细胞疗法治疗脑损伤的潜力，非常有吸引力。此外，羊膜可以很容易地从胎盘中收集，每年约300,000澳大利亚婴儿被丢弃，hAEC可以被分离和储存供以后临床使用，无需扩张（Murphy等，2010）。在这方面，hAEC很容易获得，它们的使用避免了伦理问题，这仍然是胚胎干细胞治疗用途的主要限制之一（Yu等，2009）。

图1

图1.人羊膜上皮细胞（hAECs）潜在的神经保护和神经修复机制。hAEC具有免疫调节特性，导致免疫细胞浸润到大脑中，从而减少炎症。它们分泌各种营养和血管生成因子，刺激血管生成，神经元分化和存活，并减少凋亡细胞死亡，从而改善功能结果。

围产期缺氧缺血性脑损伤和hAECs

新出现的证据表明hAECs在治疗脑损伤方面具有广泛的潜力。NaïvehAEC表达特定的神经标记基因，包括神经丝M，髓鞘碱性蛋白，微管相关蛋白2和胶质原纤维酸蛋白（Mahmood等，2005），培养的hAEC可以指向神经谱系，区分进入神经元和星形胶质细胞（Sakuragawa等，1996 ; Ilancheran等，2007 ; Toda等，2007）。在培养中，据报道幼稚的，未分化的hAEC也合成和分泌神经递质，包括儿茶酚胺，乙酰胆碱和神经营养因子（Sakuragawa等，1997 ; Elwan等，1998 ;Kakishita等，2000）。

已经在成人脑病理学的动物模型中检查了hAEC的神经分化能力和神经营养潜力。在帕金森病的大鼠实验模型中[由6-羟基多巴胺（6-OHDA）诱导并引起多处病变]，移植的hAECs阻止多巴胺能神经元的死亡，由神经营养因子的活跃分泌介导（Kakishita等， 2000）。在成年大鼠大脑中动脉闭塞诱发的缺血性中风中，与非hAEC治疗的大鼠相比，脑内注射hAEC可改善功能恢复并减少缺血性梗塞体积（Liu et al。，2008））。虽然这种细胞的脑内注射不太可能用于治疗成人或新生儿脑损伤，但最近已经表明，静脉注射羊水来源的干细胞可以促进缺血性中风大鼠的运动和认知恢复。。与未接受细胞治疗的中风后大鼠相比，用羊水干细胞治疗的大鼠显示脑梗塞体积显着减少并且增殖区内的内源性细胞增殖显着增加（Tajiri等，2012））。Broughton及其同事最近的一篇文献综述概述了导致缺血性中风损伤的机制，并探讨了hAECs的新特性，以及在较小程度上的羊水来源干细胞，以及使它们对中风有吸引力的特性。研究（Broughton等，2013）。该领域的研究仍处于相对初期阶段，但当然，hAEC被认为是一种新颖且有前景的基于细胞的治疗缺血性和炎性成人脑损伤的疗法。

在开发早产胎羊时，我们最近发表了关于hAECs减少器官损伤的实用性的数据，并阐明了hAECs产生影响的机制（Vosdoganes等，2011 ; Hodges等，2012 ; Yawno等。，2013）。特别是，我们一直对减少或改善炎症诱导的早产肺和脑损伤的新疗法感兴趣。hAECs（1.8亿个细胞）相对于炎症损伤时间在0,6和12小时递送，减轻了子宫内早产胎羊的结构性肺损伤，并且被纳入肺组织，尽管数量相对较少，但它们分化成肺组织。肺泡细胞（Hodges等，2012）。响应于羊膜内脂多糖诱导的宫内炎症，hAEC通过降低胎肺内促炎细胞因子的局部增加来减弱胎儿炎症反应（Vosdoganes等，2011）。反过来，我们还报告说，通过减弱胎儿炎症反应，hAECs减少胎儿脑部炎症，减少灰质和白质早产性脑损伤（Yawno et al。，2013））。hAECs在胎儿脑中的神经保护作用可能是通过抗炎作用，由此hAECs抑制发育中的脑内活化的小胶质细胞上调，我们发现这与细胞死亡减少有关。一个值得注意的观察结果是，hAEC能够通过优先保护内源性少突胶质细胞来改善脂多糖诱导的脑室周围白质损伤（Yawno et al。，2013））。我们对hAECs在发育中的肺和脑中的主要作用的理解已经在成人肺病的小鼠模型中得到了扩展，其中hAEC被证明可以减少肺中的巨噬细胞浸润并促进修复的M2“激活”巨噬细胞表型，具有较少的M1表型“经典激活的”促炎性巨噬细胞（Tan等人，2013）。在相关实验中，已显示hAEC可修复已建立的成人肺损伤; 然而，这些修复益处被发现取决于hAEC给药的时间。hAEC在第14天是最有益的，而不是在第7天早期在炎症峰值期间给药时。这可能反映了损伤后免疫和炎症环境的演变，并且hAEC不仅能够预防损伤，而且一旦损伤已经确立就能够修复（Vosdoganes等，2012）。对成人肺病模型的进一步研究表明，hAECs的作用与组织植入无关，并且很可能是由于hAEC释放的因子而不是hAECs本身的直接作用（Tan et al。，2013）。hAEC可能能够修复已确定的损伤，这使得它们成为修复受损发育大脑损伤的令人兴奋且有趣的候选者，已知这些损伤是由炎症事件介导的，并且通常仅在发生损伤后才显露出来。此外，它们可以通过独立于组织植入的抗炎作用起作用的事实提供了使用修复因子本身开发治疗的理论基础。

脐带血干细胞

UCB含有丰富多样的干细胞和祖细胞混合物，有可能产生多种细胞类型（Ali和Bahbahani，2010）。1989年，Broxmeyer，Gluckman及其同事证明UCB可用于干细胞移植的临床环境（Broxmeyer等，1989 ; Gluckman等，1989）。从那时起，UCB已被用于治疗近80种疾病，全世界有超过25,000例移植手术。UCB代表了非胚胎干细胞的丰富来源，其可通过非侵入性细胞收集而容易地获得并且对供体没有风险。这些细胞比它们的骨髓衍生对应物更不成熟，因此显示出令人印象深刻的增殖潜力（Tiwari等，2012 ;Tursky等人，2012）并且在将细胞冷冻保存以供以后使用后具有良好的活力（Pipes和Ablin，2006 ; Slatter等人，2006）。当用于替代造血干细胞群时，UCB干细胞具有高植入率，相对耐受HLA错配，因此与骨髓衍生的干细胞相比，移植物抗宿主病的发生率较低（Swijnenburg等， 2005）。它们很少被潜伏病毒污染，导致UCB干细胞与骨髓细胞相比更容易接受。UCB已被广泛用于治疗各种造血障碍（Kurtzberg，1996 ; Locatelli等，1998）但是，与这篇综述相关的是，最近他们已经证明它们可以促进中枢神经系统的再生（Harris和Rogers，2007 ; Herranz等，2010）。

UCB富含造血干/祖细胞，调节性T淋巴细胞（Tregs），单核细胞，间充质干细胞（MSCs），内皮祖细胞（EPCs）和基质前体细胞（Pimentel-Coelho等，2012），以及因此，具有治疗神经障碍的有希望的潜力。实际上，最近的一项临床前研究表明，UCB移植可以改善大鼠缺氧缺血性脑损伤模型中的感觉运动能力（Geissler等，2011）。据我们所知，目前只有少数动物研究检测了缺氧缺血性损伤后UCB移植的影响，主要是新生大鼠。这些实验使用Rice-Vannuci动物模型（Rice等，1981）已报告UCB移植后脑部阳性结果，包括反应性胶质增生减少（Wasielewski等，2012），组织修复增加，认知改善（de Paula等，2012），改善原发性躯体感觉皮层中的损伤相关效应（Geissler等，2011）和通过Hedgehog信号传导增强内源性神经干细胞增殖（Wang et al。，2013b））。这些临床前试验尚未完全阐明UCB移植有益作用的机制，在将研究结果转化为床边之前，必须解决几个重要问题。尽管如此，自体静脉内UCB移植已被证明对患有后天性神经系统疾病的幼儿是安全可行的（Buzanska等，2006）。

关于新生儿脑损伤，UCB移植作为治疗缺氧缺血性脑损伤和缺血性中风的有希望的治疗方法正在出现（Wang等，2012）。现在有许多人类临床试验正在研究未分化脐带血细胞治疗确定的缺血性脑损伤和确定的脑瘫的潜在治疗益处。表1我们通过ClinicalTrials.gov数据库使用以下搜索术语确定了这些试验：UCB +新生儿+缺血性脑损伤或+脑瘫。虽然现在已经完成了一些试验，但目前尚未发表同行评审报告。必须确定UCB在受伤时间（如果已知）的给药时间，以及UCB用于移植的最佳剂量。此外，基于临床情况，需要阐明UCB中存在的不同细胞群的贡献和有益效果，以确定可以导致神经学结果的进一步改善的适当疗法。我们将进一步讨论在脐带血中发现的两种不同细胞类型，这些细胞类型在临床前试验中独立显示。

表格1

表1.在再生医学治疗中使用脐带血进行的临床试验，用于治疗新生儿的脑瘫和缺血性脑损伤。

内皮祖细胞（EPCs）

EPC最初被鉴定为人外周血中的干细胞群，其特征在于它们表达CD34，血管内皮受体2（VEGFR-2）和CD133标记物（Asahara等，1997 ; Peichev等，2000）。。随后，EPC已经从其他来源分离，例如骨髓，胎肝和UCB。虽然EPC目前没有特异性标记物，但主要位于骨髓中的早期功能性成血管细胞通常由三种表面标记物（CD133，CD34和VEGF-2）识别，而循环EPCs（已经开始成熟为内皮细胞）细胞通常以内皮细胞标志物的表达为特征，如VE-钙粘蛋白，内皮型一氧化氮合酶和血管性血友病因子（Hristov and Weber，2004）。EPC是干细胞，其响应于来自骨髓的急性缺氧而被动员并释放到循环中。内源性EPC用于维持血管完整性和体内平衡，然后，当需要时，它们能够介导对血管损伤的反应和修复。这种修复作用是通过诱导内皮细胞修复和再生，以及通过促进组织新血管形成来实现的（Zhang等，2002）。实验和人体研究表明，EPC参与缺血性器官的新血管形成过程，因此它们的调节可能在血管疾病中具有治疗应用（Zampetaki等，2008））。在成人缺血性脑损伤中，例如在中风中发生，将移植的EPC移植到缺血性损伤核心的家中，并促进脑新生血管形成和神经元祖细胞迁移和存活（Zhang等，2002 ; Fan等，2010）。

EPCs，血管完整性和修复

保持血管内皮单层的完整性非常重要，因为它代表血液和内皮下基质蛋白之间的屏障，但也限制炎症细胞的浸润，调节血管张力，并控制血管平滑肌增殖（Zampetaki等， 2008）。脑血管系统需要不断重塑和响应功能需求的血管网络的动态适应。响应于在缺氧缺血条件下启动的分子线索，传统上认为成人中的新血管形成主要来自血管生成，内皮细胞的局部增殖，迁移和重塑过程从成熟的预先存在内皮细胞（Red-Horse等，2007）。该过程取决于阵列生长因子，基质金属蛋白酶，细胞因子和整联蛋白。迄今为止，已经鉴定了超过20种内源性促血管生成因子，包括血管内皮生长因子（VEGF），血小板衍生生长因子（PDGF），促红细胞生成素（EPO）和血管生成素1和2（Ang-1和2;图2）。血管生成开始于血管通透性的增加，然后通过基质金属蛋白酶（MMP）进行基底膜和细胞外基质降解。然后内皮细胞沿着新沉积的细胞外基质束启动迁移以形成血管芽。最后，形成含有管腔的血管并将其整合到循环中（Red-Horse和Ferrara，2006）。从治疗的观点来看，中枢神经系统的脉管系统已引起关注，因为许多人类疾病如中风，视网膜病，癌症和自身免疫疾病与血管病变密切相关。干细胞，尤其是EPCs，作为神经修复疗法显示出巨大的潜力，因为它们靶向神经血管单元（内皮细胞，星形胶质细胞，周细胞和平滑肌细胞，神经干细胞，少突胶质细胞和神经元）的基本成分和基本细胞成分。形成基膜。

图2

图2.从预先存在的血管壁中募集内皮细胞在出生后血管生成和血管发生的调节中起关键作用。具有高增殖能力的动员的骨髓或脐带血衍生的EPC可能具有迁移并掺入受损组织血管床的潜力。缩写：EC，内皮细胞; EPCs，内皮祖细胞; VEGF，血管内皮生长因子; EPO，促红细胞生成素; MMPs，基质金属蛋白酶，PDGF，血小板衍生生长因子; Ang 1和2，血管生成素1和2。

随着EPC的发现，证实了局灶性脑缺血后的新血管形成也可以通过血管发生 - 通过EPC响应局部线索的分化和迁移从而形成血管的从头过程发生（图2）。EPC通过提供具有分化为成熟血管内皮细胞的能力的增殖细胞池，并通过分泌促血管生成生长因子，局部迁移至受损组织并参与新血管化，受损内皮再生或伤口愈合（Zampetaki等。，2008）。在这方面，EPC是治疗性血管生成的潜在工具。VEGF，MMP-9和EPO参与EPC向骨髓循环的动员（Zampetaki等，2008）和EPC被招募到新的血管化部位，使用类似炎症反应的提示。EPC归巢到损伤部位的过程包括从骨髓壁龛脱离，滚入血管，以及在循环内行进。一旦在受损血管附近，EPC以与白细胞与活化的内皮细胞相互作用的类似方式与受损的内皮单层相互作用。因此，先前被鉴定为参与炎症反应的粘附分子，特别是白细胞粘附分子（P-选择蛋白，E-选择蛋白，β2-整联蛋白）现已被确定为EPC归巢的关键调节剂（Zampetaki等，2008））。在成年小鼠中全身施用脐带血来源的EPC导致对缺氧缺血性脑损伤的显着保护，在缺血后48小时，梗塞体积减少，中性粒细胞浸润减少和局灶血流增加（Ohta等，2006）。有趣的是，该研究还报道了循环EPC水平与脑梗塞呈负相关，但与缺血后脑灌注不足区域的局部血流呈正相关（Ohta et al。，2006）），提示EPCs可能是脑血管系统健康的功能预测因子。此外，循环EPC水平及其迁移活动可作为心血管疾病风险的标志，甚至可作为许多疾病中血管功能的预测因子（Vasa等，2001 ; Tepper等，2002 ; Baumhakel）等人，2006 ; Werner和Nickenig，2006a，b）。

怀孕和胎儿的EPCs

EPC在成人血液中以非常低的水平循环，并且它们的频率和功能可能因各种并发症而次要受损（Vasa等，2001 ; Tepper等，2002 ; Baumhakel等，2006 ; Werner和Nickenig），2006a，b）。相比之下，EPC在术语UCB中富集，并且与成人衍生的EPC相比，脐带血EPC已经显示出更快的增殖并且显示出增强的血管形成能力（Yoder等人，2007 ; Au等人，2008）。）。此外，与从成人获得的细胞后代相比，据报道，单个脐带血EPC板可以获得的细胞后代的平均数量增加了100倍，并且可以在长期培养中以指数方式连续重新铺板和扩增。（Ingram等，2004），提示脐带血代表了丰富的EPC来源，有可能大量储存用于临床。

在妊娠期，母体循环中的EPC存在于妊娠中期（Gussin等，2002），并且循环EPC的数量随着孕龄逐渐增加（Sugawara等，2005）。最近的一项研究测量了人类妊娠不同阶段脐带血中的循环EPCs，发现在胎龄24-28周出生的婴儿中，脐带血产生的EPC水平低，MSCs水平高，而33-36岁。怀孕几周，脐带血产生更高水平的EPCs，相当于足月儿的EPCs（Javed et al。，2008））。另一项调查支气管肺发育不良早产儿循环EPCs的研究证实了这一点，发现EPC水平在妊娠32周以下相对较低，随着妊娠的进展而增加。此外，他们指出极低的EPCs早产儿患支气管肺发育不良的风险增加（Borghesi等，2009）。

间充质干细胞（MSCs）

MSCs是具有强自我更新能力的多能细胞，可以从多种组织中分离，如骨髓，脂肪组织，脐带和UCB。MSC具有分化成多种细胞类型的能力，这取决于其微环境的线索。已经研究了MSC用于成人实验动物模型中的神经学相关的基于细胞的治疗以及人脑疾病的临床试验，例如帕金森氏病和亨廷顿病，创伤性脑损伤和中风（Berry等人，2006 ; Hermann等人）。al。，2010 ; Zilka et al。，2011 ; Kitada and Dezawa，2012）。MSCs是损伤区域的所在地，通过分泌可增强组织再生的可溶性因子促进组织修复，刺激微环境中发现的内源性局部祖细胞的增殖，迁移，分化和存活，以及减少炎症和免疫反应和细胞凋亡（Caplan和Dennis，2006 ; Yi等，2012）。

移植的MSCs主要通过似乎由直接和间接作用介导的营养支持来增强宿主修复和组织恢复。MSCs通过旁分泌信号传导分泌可溶性（细胞因子，生长因子）和不溶性（细胞外基质蛋白）因子，促进神经细胞存活和再生（神经发生，血管生成和突触发生）（Seo和Cho，2012）。大脑特有的其他保护作用包括髓鞘再生（Akiyama等，2012），以及细胞凋亡和炎症的抑制（Caplan和Dennis，2006）。所提出的MSC的神经保护作用总结在图3中。

图3

图3.间充质干细胞（MSCs）潜在的神经保护和神经修复作用。MSC的有益作用主要通过旁分泌作用介导。MSCs分泌许多神经营养和血管生成因子，促进神经元生长和分化，诱导血管生成，神经发生和星形胶质细胞生长和激活，它们促进突触发生，从而增强突触连接和轴突髓鞘再生，减少细胞凋亡，减少巨噬细胞浸润，小胶质细胞和T-淋巴细胞活化。

MSCs在脑损伤中的保护机制

现在有坚实的临床前数据证明MSC移植可促进实验性成人缺氧缺血性脑损伤或创伤性脑损伤后的功能恢复（Parr等，2007）。目前正在广泛研究MSCs调节脑组织中神经恢复和修复的机制，其中有许多可能的潜在作用。在培养中，MSC可以被导向并且可以自发地产生前体和成熟神经元细胞和神经胶质（星形胶质细胞）谱系的细胞（Woodbury等，2000 ; Deng等，2006）。当移植到发育中的小鼠脑的侧脑室时，MSCs迁移很长的距离并优先分化成成熟的神经元和脑室周围的星形胶质细胞（Deng等人，2006），表明MSCs致力于神经命运。除了直接作用外，MSCs还能分泌能够在体外刺激神经干细胞增殖的可溶性因子，以及增加GFAP（成熟星形胶质细胞的标志物）的表达（Galindo等，2011）。进一步的研究证实，MSCs激活神经干细胞或祖细胞（Munoz等，2005,2012），并且能够在体外进行扩增和分化为神经元，星形胶质细胞和少突胶质细胞（Reynolds等，1992）和体内移植后（Alexanian等，2008 ;Kennea等，2013）。响应脑缺血后的MSC移植，缺血半球中新的少突胶质细胞祖细胞，成熟少突胶质细胞和髓鞘形成增加（van Velthoven等，2011a）。在实验性脑缺血后一周，人MSCs移植到猴的损伤半影中，减少了凋亡细胞死亡和损伤体积（Li等，2010 ; Xin等，2010）。此外，Kim等人。（2010年）表明大鼠创伤性脑损伤后一天静脉注射人MSCs可通过增加pAkt和降低caspase-3裂解来改善功能恢复和宿主细胞存活率。在小鼠实验性中风后一天静脉内输送MSCs也显示出增加轴突纤维密度，突触发生和髓鞘形成（Xin et al。，2010））。MSCs修复作用的一个重要方面是诱导营养因子对损伤线索的反应; 这些包括脑源性生长因子（BDNF），胶质细胞源性神经营养因子（GDNF），VEGF，成纤维细胞生长因子-2和7（FGF-2，FGF-7），纤连蛋白，肝素结合 - 表皮生长因子 - 如生长因子（HB-EGF），肝细胞生长因子（HGF），白细胞介素-6（IL-6），白血病抑制因子（LIF），单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和PDGF（Li等。，2002）。

除了与中枢神经系统的细胞直接相互作用外，MSC还与免疫细胞相通，并具有重要的免疫抑制特性。MSCs抑制T细胞和B细胞增殖，抑制自然杀伤细胞功能，并调节小胶质细胞和巨噬细胞的分泌谱（Le Blanc，2003）。因此，显示用MSC治疗降低T淋巴细胞活性，从而发挥免疫调节能力（Fibbe等，2007 ; Gerdoni等，2007）。在缺血性脑中，MSCs移植已被证明可以减少炎症细胞（激活的小胶质细胞和巨噬细胞）的数量（Kim et al。，2008））。通过减少小胶质细胞扩增，MSC移植可以减少炎症反应，从而有利于新神经元的产生和整合。大鼠急性创伤性脑损伤后的MSC移植通过改变促炎细胞因子和抗炎细胞因子的表达以及调节血清趋化因子水平来调节炎症反应（Galindo等，2011）。在脊髓损伤的大鼠模型中，静脉移植的MSCs降低促炎细胞因子IL-1β的水平，减少活化的小胶质细胞的数量，并增加抗炎IL-10的水平（Seo和Cho，2012））。此外，最近的一项脊髓损伤研究表明，类似于hAEC所描述的作用，MSCs诱导巨噬细胞从M1促炎表型转变为M2抗炎状态，从而促进保护和再生反应（Busch et al。，2011）。

最后，如针对EPC的作用所描述的，受损脑中再生的主要方面是血管生成和血管重塑。在中风的大鼠模型中，静脉注射的MSC显示选择性地迁移到受损脑的缺血区域以增加血管生成并改善功能恢复（Chen和Keating，2001 ; Li等，2002）。有证据表明，这些细胞不仅可以产生促进血管生成反应所需的适当细胞因子环境，而且可以分泌促血管生成因子，如VEGF，并调节其他营养支持血管生成，如碱性成纤维细胞生长因子（bFGF），BMP-2 ，血管生成素和IL-6。有趣的是，MSCs也可能具有分化为内皮细胞的能力（Miranville等，2004 ; Rehman等，2004 ; Potapova等，2007）。

妊娠和胎儿的MSCs

可以在妊娠7至13周的胎儿血液中检测到MSC，胎儿MSC显示具有特征性形态和免疫表型（Campagnoli等，2001）。胎儿MSCs 在体外易于扩增，并且对于成人骨髓MSCs，它们具有分化成许多间充质谱系的能力（Pittenger等，1999 ; Reyes和Verfaillie，2001 ; Devine，2002）。）。在人类胎儿中，循环的MSCs和EPC出现在不同的孕龄; 在早产24-28周孕龄时，与人类UCB内的EPC相比，存在显着更高的MSC浓度，其然后在足月妊娠UCB中转换。因此，随着人类妊娠进行到足月，MSC的浓度降低，导致在37-40周UCB中几乎不存在MSC（Javed等人，2008）。

尽管MSCs在成人脑损伤中具有治疗潜力，但目前只有少数研究探索了对新生儿施用的MSC的保护作用。来自荷兰的研究指导了MSCs对新生儿大脑的神经保护作用的阐明; van Velthoven等。（2011a）首次证明，响应于新生儿急性缺氧缺血性脑损伤而施用的骨髓来源的MSC改善了功能结果并减少了脑损伤体积。经MSC处理的小鼠显示损伤的半球中增殖的小胶质细胞数量减少，缺血半球中促炎细胞因子的表达减少，以及神经元和少突胶质细胞的分化增加（van Velthoven等，2011a，b）。最近，该研究小组证实，在这种急性新生儿缺氧缺血性损伤模型中，MSCs可以在鼻腔内有效施用并维持其功能和结构神经保护作用（Donega等，2013）。同样，据报道，来自人类UCB并在脑内给药的MSCs能够改善新生大鼠缺氧缺血性脑损伤，MSC治疗的动物显示出改善的神经学评分和MSCs分化为星形胶质细胞但不分化为神经元（Xia et等，2010）。在新生儿高氧肺损伤模型中，人UCB衍生的MSCs气管内移植以时间依赖的方式减轻新生大鼠的肺损伤，在早期炎症期显示出显着的保护作用（Chang et al。，2013））。据我们所知，目前唯一报道的评估MSCs对脑损伤的治疗潜力的人体研究是最近的一项调查，其中脐带间充质干细胞被给予患有确定性脑瘫的5岁女孩。患者在6个月内接受7次MSCs移植，并在最终移植后随访28个月。具体来说，该研究报告说，随着患者的摔倒，患者可以自行站立，以及其他改善，例如增强免疫力，增加体力，调整言语和理解力（Wang et al。，2013a）。

结论

毫无疑问，干细胞疗法有望治疗各种神经系统疾病，包括治疗围产期脑损伤。事实上，干细胞的潜在和巨大希望可能是“干细胞旅游”新趋势的基础。但是，正如本综述所指出的，仍有许多未解决或尚未解决的关于时间，适当细胞类型的重要问题，在临床翻译研究中可以安全地使用这些细胞之前必须解决的治疗策略和适当的结果。我们是否已充分探讨了对婴儿或儿童施用的脐带血或hAEC的长期安全性？在过去几年中，实验动物研究为干细胞疗法保护和修复成人大脑的功效和潜在机制提供了必要的见解，但仍然缺乏使用胎儿和新生儿脑损伤实验模型的转化研究。尽管如此，如表所示如图1所示，全世界正在进行许多临床试验，研究UCB对新生儿获得性脑损伤的影响。为了将干细胞治疗从实验室推进到临床，迫切需要深入研究干细胞在胎儿和新生儿脑损伤实验模型中的安全性和有效性。更重要的是，目前尚无关于最佳剂量，分娩方式和干细胞治疗时机的共识，这可能会导致神经系统结果的最大改善，从而突出了未来临床前研究的重要性 - 定义的结果。