全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第21卷 第5期
2009年10月
Vol. 21, No. 5
Oct., 2009
文章编号 ：1004-0374(2009)05-0706-04
收稿日期：2009-08-31
*通讯作者：E-mail: jzhu@fudan.edu.cn
神经干细胞移植的临床研究进展
朱剑虹1,2,3*，王　璞1,2,3，沈亦雯1,2,3，陈露萍1,2,3
（1 复旦大学附属华山医院神经外科，医学神经生物学国家重点实验室，上海 200040；
2 复旦大学脑科学研究院，上海 200032；3 复旦大学上海医学院，上海 200032）
摘　要：神经系统损伤会导致脑内神经干细胞(neural stem cells, NSCs)的扩增以实现自我修复功能，而
通过外源细胞移植的方式来加速这一进程，可能是一种更有效的治疗手段。当前，神经干细胞临床研
究所面临的主要问题是如何评价细胞在移植后的行为和功能。该文综述了近几年使用神经干细胞移植治
疗几种主要神经系统疾病的临床研究成果，并着重关注了干细胞移植后的示踪研究。
关键词：干细胞；神经干细胞；移植；干细胞示踪
中图分类号：Q 8 1 3　　文献标识码：A
Advances of transplantation of neural stem cells
ZHU Jian-hong1,2,3*, WANG Pu1,2,3, SHEN Yi-wen1,2,3, CHEN Lu-ping1,2,3
(1 State Key Laborafory of Medical Neurobiology, Department of Neurosurgery, Huashan Hospital, Fudan University,
Shanghai 200040, China; 2 Institutes of Brain Science, Fudan University, Shanghai 200032;
3 Shanghai Medical College of Fudan University, Shanghai 200032, China)
Abstract: Injuries to nervous system induce neural stem/progenitor cell proliferation in adult brain which might
be an endogenous attempt to self-repair. Transplantation of stem cells into the injured brain may be a future
therapeutic option to replace the lost neurons. A major challenge to the development of this strategy is to
evaluate the fate of exogenous cells after transplantation. This review will focus on the progress of neural stem
cell -based cell therapies for neurological diseases and pay great attention to the tracking study of implanted
neural stem cells.
Key words: stem cell; neural stem cell; transplantation; clinical trail; stem cell tracking
神经干细胞(neural stem cells, NSCs)是继造血干
细胞之后研究比较全面的另一重要系统干细胞。
NSCs 具有低免疫原性，能在体外大量增殖，移植
后可在宿主体内长期存活并分化整合进中枢神经系
统结构中，从而在解剖学和功能上修复神经系统。
同时，NSCs 在体外容易进行基因诱导，具有向病
灶部位迁移的潜能，为治疗脑内代谢障碍引起的广
泛细胞损伤提供了理论基础。目前，NSCs 移植已
在功能神经外科疾病、神经系统损伤、退行性疾
病、肿瘤等领域开展了相关治疗研究。
1　供移植用神经干细胞的来源
用于移植的神经干细胞之所以能够对病变或受
损伤的脑组织起到修复作用，主要源于它们的自我
更新能力以及向多种类型神经细胞分化的潜能。按
照来源的不同，目前有望用于临床移植的神经干细
胞主要分为三类：胎儿/成体神经干细胞、胚胎干
细胞(embryonic stem cells，ESCs)分化成的神经干
细胞以及由诱导多能干细胞(induced pluripotent stem
cells，iPS细胞)转变成的神经干细胞。
永生化细胞系NT2N(human ntera 2 neurons，
也被称为hNT细胞或LBS神经元)是临床上使用最多
的人神经干细胞。它是Andrew等[1]从人畸胎瘤中分
离出来的一种胚胎癌细胞，在经过视黄醛酸处理
后，可分化成类似神经元样细胞。Borlongan 等[2]
将 NT2N 细胞移植到缺血再灌注损伤模型小鼠的脑
内，发现脑功能得到显著恢复。而Hara等[3]在移植
细胞后进行了长达 6 个月的追踪观察，临床 I 期、
707第5期 朱剑虹，等：神经干细胞移植的临床研究进展
II期试验结果均证明该种神经干细胞用于治疗脑部
病变具有安全性。
现有研究表明，当ES 细胞被暴露在含有促生
长因子的合适环境中，就可以分化为神经系统的三
种主要细胞——神经元、星形胶质细胞和少突胶质
细胞[4-6]。使用不同的信号分子和基质，就会有不
同的分化结果[7]。比较经典的是Brüstle等[4]在诱导
ES 细胞分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞时所采
用的组合，主要包括了成纤维细胞生长因子
(fibroblast growth factor 2，FGF2)、表皮生长因子
(epidermal growth factor，EGF)和血小板源生长因
子(platelet derived growth factor，PDGF)等。
iPS 细胞具有和胚胎干细胞类似的功能，却绕
开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多
障碍，其应用前景更被看好。2008年4月，Wernig
等[8]在体外将iPS细胞高效诱导为神经前体细胞，后
者经移植进入胎鼠脑组织不同区域后，可分化成胶
质细胞和神经元。在此基础上，美国加州大学洛杉
矶分校的科学家于2009年又首次将iPS细胞诱导分
化成为了电活跃运动神经细胞(electrically active mo-
tor neurons)[9]。上述两项研究结果展示了利用多能
干细胞分化的神经细胞及其祖细胞取代疾病患者受
损或死亡神经细胞的可行性。
2　神经干细胞治疗神经系统疾病
神经系统疾病涉及脑、脊髓、颅神经、周围
神经、神经根、自主神经系统、神经肌肉接头和
肌肉等器官组织的异常病变。研究显示，一旦疾病
发生，病灶附件的神经干细胞将会迅速扩增并迁移
以实现自我修复[10]。针对这一特点，人们开始尝试
从外部去促进或启动该进程。干细胞移植即是近年
来兴起的一种通过外部手段扭转脑卒中或其他神经
系统疾病的治疗方式。到目前为止，人们已先后在
动物及人身上开展了多项有关该方法治疗神经系统
疾病的研究。
2.1　神经干细胞治疗脑卒中　在全球范围内，脑卒
中都是致死和致残的主因之一。尽管人们已对其进
行了长达40余年的调查和研究，但直到现在也还没
有一种真正有效的疗法可对抗由脑卒中引起的脑损
伤和神经功能障碍。正因为如此，人们较早地就将
细胞疗法运用于脑卒中患者。Kondziolka等[11]对12
位缺血性脑卒中患者进行NT2N细胞移植的临床I期
试验，未发现有任何副作用。紧接着，该课题组
又开展临床II期试验，在一组包含18位脑卒中患者
的试验中，研究者再次证实了细胞移植的安全性，
但患者在接受细胞移植后其神经功能的恢复程度不
够显著[12]。不过，另外两个从事类似研究的课题组
却相继报道了正面的消息，他们通过长达4 年的随
访，不仅发现接受过细胞移植的患者神经功能随时
间呈现逐步恢复的趋势，还证明异体干细胞也可用
于修复受损神经[13,14]。基于上述结果，“干细胞移
植是安全的”这一观点开始被人们所接受。
2.2　神经干细胞治疗帕金森病(Parkinson’s disease,
PD)　早期开展的帕金森病临床移植治疗主要采用与
病变有直接关联的正常神经组织来作为移植物，包
括腹侧中脑组织[15]、黑质[16]、纹状体[17]等。然而，
这类组织多来源于胚胎，存在严重的道德和宗教问
题，且移植的胎儿脑组织细胞在患者脑内的存活率
非常低[18]，故研究者逐渐将目光转向了成分更清楚
的干细胞。2006年，Yasuhara 等[19]应用立体定向
技术将带有GFP标记的人永生化神经干细胞系HB1.
F3 移植进帕金森大鼠模型受损纹状体中，结果表
明，移植的干细胞可通过对抗多巴胺能的耗竭起到
保护神经的作用。2007 年，Redmond 等[20]将人神
经干细胞移植到猴子脑内，发现一小部分干细胞分
化为了酪氨酸羟化酶(TH)和(或)多巴胺转运蛋白
(DAT)阳性细胞，而这两种物质被认为与多巴胺的
生物合成密切相关，这表明外源细胞可与宿主发生
交互作用，并促进受损脑组织的功能恢复。
到目前为止，在所有的干细胞移植临床试验
中，针对帕金森病的治疗被证明是最“有效”的。
Tian等[21]曾应用神经干细胞移植治疗50例PD患者，
术后随访8－30个月(平均24个月)，有效率为92%，
未见明显的免疫排斥反应。在充分进行过动物实验后
开展临床治疗研究被认为是可行且具有一定效果的。
2.3　神经干细胞治疗癫痫　癫痫的电生理本质是脑
部神经元群阵发性异常放电[22]。目前有许多科学家
投身于癫痫研究，这缘于癫痫的发病机理涉及了遗
传、生化、基因、免疫以及小分子物质等多方面
因素，对它的深入研究有助于我们从更深层面认识
神经系统疾病，也为细胞疗法运用于疾病治疗打开
新的“入 口”。
2002年，Kim等[23]将胎儿神经干细胞在体外培
养成多巴胺神经前体组织后植入 6-羟基多巴胺受损
小鼠的纹状体中，发现外源细胞不仅表现出了与内
源细胞相似的电生理特征，还可在局部改善多巴胺
能神经元功能。这是国际上首例神经干细胞治疗癫
痫的动物实验。2005年，Ruschenschmidt 等[24]将
表达绿色荧光蛋白(GFP+)的神经祖细胞从大脑两侧
708 生命科学：干细胞研究专刊 第21卷
移植进癫痫模型小鼠的海马区内，13 － 34 d 后，
细胞在移植处形成集群并广泛侵入宿主大脑。电生
理检测发现，超过80%的移植细胞接收到了来自于
周围细胞的突触传入(synaptic input)信号，这表示
原受损部位在接受干细胞移植后，其活力和功能得
到了一定程度的恢复。2009年，Maisano等[25]将神
经祖细胞移植进颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy，
TLE)模型小鼠大脑的不同区域，通过对在存活、迁
移和整合等事件中细胞形态和特征因子表达情况的
检测，寻找出了诸如 γ-氨基丁酸(GABA)等抗惊厥相
关小分子。这标志着人们可以在了解了疾病发生机
理的基础上开始有针对性进行细胞治疗。
2.4　神经干细胞治疗颅脑创伤　到目前为止，医学
界对于严重颅脑损伤所致的永久性神经功能障碍尚
无有效的治疗手段。本课题组一方面从开放性脑外
伤破碎的脑组织中分离出神经干细胞，在体外培养
扩增至满足移植所需数量，为神经干细胞提供新的
来源；另一方面通过对猴动物模型的临床前期研究
发现，颅脑创伤后25－ 45 d移植的神经干细胞在
损伤区存活的几率最大，据此提出神经干细胞移植
的时间窗理论，为临床神经干细胞移植提供治疗时
机的选择。为研究成人神经干细胞经移植后新产生
的神经元是否具有电生理功能，我们使用GFP基因
标记成人神经干细胞，在移植体内4个月后进行移
植区脑片的膜片钳检测，从而记录到GFP阳性神经
细胞的动作电位和Na+、K+ 电流，并利用免疫电镜
观察到外源神经干细胞和宿主细胞间形成突触的情况。
采用自体移植可以避免由免疫系统引起的排斥
反应，且移植的细胞来源于同一个体，细胞相容性
好、存活时间长，且更易迁徙并产生细胞间联系。
因此，我们在严格的伦理监督下，经过完善的体内
外安全性观察后，对开放性颅脑创伤患者进行了自
体神经干细胞移植治疗，同时以损伤情况相似的患
者作为对照，设置了对照研究。在2年的随访过程
中，我们通过正电子发射 CT(PET)、功能磁共振
(fMRI)、运动诱发电位(MEP)等客观方法评价，发
现自体移植神经干细胞可促进患者损伤区代谢和功
能恢复[25]。
3　干细胞移植后的示踪研究
干细胞应用于临床须确保安全、可靠、有效，
这就要求将干细胞用于临床移植治疗时，最好能够
无创性示踪移植细胞在体内的行为和功能。为了体
内示踪干细胞，在动物实验可通过体外标记的荧光
染料，胸腺嘧啶类似物(BrdU)、转基因(如LacZ基
因、Luc 基因、绿色荧光蛋白 GFP)或免疫组织化
学等方法来评估干细胞在动物体内的命运，但这些
方法显然无法使用在临床活体研究中。
近年来，纳米材料技术和分子影像技术的发展
为在体内观察干细胞的行为提供了可能，通过磁微
粒、放射性核素、量子点等非侵袭性分子成像技术
观察干细胞在体内的生存、迁移、分化和功能已先
后被人们所研究和应用[27,28]。本课题组率先开展了
纳米磁粒子标记神经干细胞脑内移植后的临床示踪
研究。MRI 检测结果说明，实体观察神经干细胞在
人脑内的迁徙运动是可能的[29]。这是首次实现干细
胞临床移植后的无创性观察，为开展移植后疗效评
价提供了依据。美国麻省理工学院Langer教授评价
说，Zhu等[29]报道的纳米超顺磁氧化铁粒子(SPIO)
标记干细胞治疗神经性疾病的临床研究，也可用来
评价干细胞治疗，诸如心肌梗塞等其他疾病的效果[30]。
此外，磁共振分子影像标记示踪研究的一个关键问
题就是要找到一种具高度驰豫的且对磁共振信号有
很大影响的MRI对比剂。我们使用的SPIOs 是超顺
磁性的，并可在比自身大得多的范围内改变磁场的
均匀性[31]，故能获得良好的示踪结果。我们发现，
利用磁性纳米粒子标记人神经干细胞并不影响细胞
本身的生存、迁移和分化能力或改变神经元电生理
特征，移植的人神经干细胞对周围环境信号有响
应，并会按部位特异性进行定向分化。我们还研究
了局部注射和静脉系统给予等不同移植途径对干细
胞组织功能重建的影响[32]。简言之，无创性干细胞
示踪技术的应用将指引今后临床干细胞移植策略。
4　小结和展望
近年来，神经干细胞相关领域的研究迅速发
展，其主要成果有：(1)明确了与胚胎干细胞相关
联的神经干细胞的演化特性；(2)了解了成体神经干
细胞静息与激活的机制；( 3 ) 了解了脑、脊髓损
伤、神经退行性疾病中神经干细胞的自身调节机
制；(4)验证了使用神经干细胞干预措施的临床效
果；(5)证明了实体示踪观察神经干细胞在人脑内迁
徙运动的可能性。
因不同的干细胞体内移植途径和技术可显著改
变其在体内的功能和生物学行为，故对干细胞体内
移植和识别关键技术的研究将有力推动干细胞的应
用步伐。观察干细胞移植后在人体内的分布以及疾
病时的变化，追踪干细胞移植于人体后细胞命运的
转化、在体内修复进程中的迁徙和功能整合，这些
技术将构建起未来再生医学技术平台的重要组成部
709第5期 朱剑虹，等：神经干细胞移植的临床研究进展
分，并推动形成再生医学一个新的分支学科——临
床干细胞移植示踪学。虽然神经干细胞的临床研究
还处于婴儿期，但其研究和应用已经为人脑再生医
学开辟了新的路径，这些研究的深入将推动临床干
细胞应用科学的进一步发展。
[参　考　文　献]
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