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嗅鞘细胞疗法——神经修复领域的希望之火

神经创伤是困扰医学界多年的难题,因为损伤后发生的细胞和分子事件使神经炎症过程复杂化。脊髓损伤(SCI)因损伤部位的疤痕形成而变得更加复杂,目前尚无有效疗法,是造成终身残疾的主要原因之一。随着全球化以及老龄化程度不断加深,脊髓损伤的流行率也随之升高,给每个患者和家庭带来沉重负担。

根据我国的一项横断面研究显示,仅有不到十分之一(9.58%)的SCI患者在干预和康复后能够实现功能恢复,而超过一半的人(50.28%)在经历SCI后失业[1],如果再考虑到治疗和护理SCI的终身费用平均超过30万美元,SCI将使患者和家属的生活质量严重下降[2]。

脊髓损伤相关数据图

因此,患者和公卫系统迫切需要一种有效的SCI临床治疗策略,来缓解其带来的生活不便、经济负担以及潜在的社会矛盾。

希望之火Flame

嗅鞘细胞(olfactory ensheathing cells,OEC)移植是治疗SCI最有前途的候选疗法之一,目前已积攒了超过20年的临床经验,越来越多的临床证据表明,OEC可与神经胶质疤痕相互作用,刺激血管生成、轴突生长和髓鞘再生[3],显著改善动物SCI的脊髓功能,近年来其在人类中晚期SCI患者身上的长期临床疗效和安全性也已得到证实,被视为是神经修复领域的“希望之火”。

来自鼻腔的神经细胞Olfactory

嗅鞘细胞 (OEC) 是人类嗅觉神经系统中的常驻神经胶质细胞,哺乳动物的初级嗅觉系统是神经系统中唯一会每天进行再生的部分,每天有1-3%的感觉神经元更新。OEC 与初级嗅觉系统的这种独特能力密切相关。

嗅觉系统与嗅鞘细胞解剖示意图
嗅觉解剖学。嗅觉受体神经元的树突(绿色)暴露在鼻腔中以检测气味,神经元胞体与支持细胞(蓝色)一起嵌入嗅粘膜的嗅觉上皮中。当神经元轴突穿透存在球状(紫色)和水平基底细胞(粉色)的基底层时,它们被嗅鞘细胞(OEC;红色)从固有层束状到嗅球。嗅鞘细胞周围是嗅神经成纤维细胞(橙色),它们被认为可以帮助嗅鞘细胞发挥神经支持作用[4]。

OEC 位于嗅球和嗅粘膜中,它们形成连续的隧道状结构,嗅觉轴突通过这些结构从鼻子传递到大脑。重要的是,它们不仅为轴突提供物理支持,还被认为是初级嗅觉系统的“免疫细胞”,具有吞噬和免疫调节能力,使它们能够清除轴突碎片并调整嗅粘膜的炎症特征,以利于神经再生[5]。

这些特性使 OEC 受到了广泛关注,使它们成为修复其他神经束(如大面积损伤后的脊髓)的潜在候选细胞。

为何嗅鞘细胞脱颖而出Superiority

其他细胞治疗方案也常出现在临床研究中,例如骨髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞、脂肪间充质干细胞、神经干细胞、神经祖细胞、胚胎干细胞和诱导性多能干细胞,但有个问题始终存在,即干细胞疗法必然要面对的未知分化风险。

然而,与其他细胞类型不同,OEC在神经修复相关的临床研究中形成肿瘤的报道非常少,这使其具有更好的安全性。

OEC在神经胶质细胞中的独特性是其强大神经修复能力的根源,因为它存在于周围和中枢神经系统 (CNS) 中并形成嗅觉系统的神经胶质界限,该界限由星形胶质细胞构成,并同时表现出中枢神经系统和外周神经胶质细胞的特征。这就导致它与其他神经胶质细胞相比有显著的神经修复能力:OEC在生理上表现出迁移和吞噬能力,可在神经受损处清理细胞碎片,并通过分泌神经营养因子促进和增强轴突再生以及轴突引导[6]。

此外,研究表明,OEC积极参与初级嗅觉系统的炎症调节,分泌TNF-a、CXCL1、CXCL2 和IL1-RA,这与中枢神经系统中的免疫细胞相似。因此,OEC 是参与调节初级嗅觉神经内炎症和再生的主要细胞类型,这些特性可促进脊髓损伤的修复[5]。

嗅鞘细胞参与脊髓损伤后炎症调节示意图
OEC 参与 SCI 后炎症调节的示意图。神经元损伤会诱发病理性炎症反应增加,从而促使小胶质细胞从静止状态极化为 M1 表型和星形胶质细胞活化。OEC 能够通过直接或间接与小胶质细胞和星形胶质细胞相互作用来调节这些炎症事件,从而改善改变的微环境的有害状况。OEC,嗅鞘细胞;SCI,脊髓损伤;TNF,肿瘤坏死因子;IL,白细胞介素;TGF-β,转化生长因子 β,IL-1Ra:白细胞介素-1 受体拮抗剂[3]。

凭借其强大的神经修复能力,OEC相关疗法也在缺血性脑卒中、肌萎缩侧索硬化症(渐冻症)、帕金森病、脊髓灰质炎等疾病领域展现出良好的治疗前景【7】。

回顾与展望:嗅鞘细胞临床应用Application

OEC在动物模型上的成功应用最早可追溯到30年前,多年来已在啮齿动物、犬类和灵长类动物模型上得到广泛验证:OEC在恢复感觉、运动和自主神经功能方面表现出不同程度的有效性,且安全性很高[7]。

自2000年以来,已有数十项临床研究评估了OEC移植在脊髓损伤中的疗效和安全性,所有这些临床研究都得出结论该疗法是安全可行的,且大多数的研究报道了患者经治疗后的功能恢复[8]。例如,中国人民解放军总医院的黄红云教授团队曾发表了1255例嗅鞘神经细胞治疗中枢神经系统疾病的临床分析研究,其中994例患者神经功能改善,总体短期改善率为88.12%,且安全性极佳[9]。

然而,少数的OEC移植案例报道了OEC移植后疗效欠佳,甚至有个别案例报道了患处骨肉瘤的形成[10][11]。这种不一致主要是因为嗅鞘细胞是一种异质细胞群,且由于培养的OEC中通常含有大量其他细胞,如成纤维细胞,纯化难度极大,目前我国仍未提出良好的细胞纯化策略,仍采用纯化率较低的细胞悬浮液形式,阻碍了OEC在SCI以及其他适应症上的进一步推广。

在数十年基础研究和临床应用的研究基础上,“神经桥”凭独特的自有纯化技术和体外培养技术,克服了OEC难以被纯化的瓶颈,以更高的细胞存活率和更好的整合特性,更为完好地实现OEC原有的迁移、吞噬和轴突修复特性,可视为是神经修复领域的新一代“精准细胞疗法”。

总之,在过去的几十年中,嗅鞘细胞移植已成为修复脊髓损伤的一种最有希望的潜在治疗策略。嗅鞘细胞移植的临床试验表明,它是安全可行的,然而,完整而强大的细胞表征和质量控制是必要的,以确保术中能够移植适当的治疗细胞群。未来,以三维形式移植细胞可能是降低手术治疗差异性和避免安全风险的最合适方法[8]。

参考文献

  1. Ding M, Zhu L, Liu R, et al. A National Cross-Sectional Survey on Community Spinal Cord Injury Patient Profiles, Health-Related Quality of Life and Support Services in China: Implications for Healthcare and Rehabilitation[J]. 2024.
  2. Chan BC, Cadarette SM, Wodchis WP, Krahn MD, Mittmann N. The lifetime cost of spinal cord injury in Ontario, Canada: A population-based study from the perspective of the public health care payer. J Spinal Cord Med. 2019 Mar;42(2):184-193.
  3. Denaro S, D’Aprile S, Alberghina C, et al. Neurotrophic and immunomodulatory effects of olfactory ensheathing cells as a strategy for neuroprotection and regeneration[J]. Frontiers in Immunology, 2022, 13: 1098212.
  4. Yao R, Murtaza M, Velasquez J T, et al. Olfactory ensheathing cells for spinal cord injury: sniffing out the issues[J]. Cell transplantation, 2018, 27(6): 879-889.
  5. Oieni F, Reshamwala R, St John J. Olfactory ensheathing cells for spinal cord injury: The cellular superpowers for nerve repair[J]. Neuroglia, 2022, 3(4): 139-143.
  6. Nazareth L, Shelper T B, Chacko A, et al. Key differences between olfactory ensheathing cells and Schwann cells regarding phagocytosis of necrotic cells: implications for transplantation therapies[J]. Scientific Reports, 2020, 10(1): 18936.
  7. Delarue Q, Guérout N. Transplantation of olfactory ensheathing cells: properties and therapeutic effects after transplantation into the lesioned nervous system[J]. Neuroglia, 2022, 3(1): 1-22.
  8. Reshamwala R, Murtaza M, Chen M, Shah M, Ekberg J, Palipana D, Vial ML, McMonagle B, St John J. Designing a Clinical Trial with Olfactory Ensheathing Cell Transplantation-Based Therapy for Spinal Cord Injury: A Position Paper. Biomedicines. 2022 Dec 6;10(12):3153.
  9. 黄红云,陈琳,郗海涛,et al.嗅鞘细胞移植治疗中枢神经系统疾病1255例临床分析[J].中国修复重建外科杂志, 2009, 23(1):7.DOI:CNKI:SUN:ZXCW.0.2009-01-007.
  10. Reshamwala, R.; Shah, M.; Belt, L.; Ekberg, J.A.K.; St John, J.A. Reliable cell purification and determination of cell purity: Crucial aspects of olfactory ensheathing cell transplantation for spinal cord repair. Neural Regen. Res. 2020, 15, 2016–2026.
  11. Woodworth, C.F.; Jenkins, G.; Barron, J.; Hache, N. Intramedullary cervical spinal mass after stem cell transplantation using an olfactory mucosal cell autograft. CMAJ 2019, 191, E761–E764.

关于卓斯特复

上海卓斯特复生命科技有限公司是一家专注于生命科学前沿的高科技创新公司,由澳洲领军青年科学家团队和国内一线临床医生、类器官领域高级青年学者组成,致力于脊髓损伤和中枢神经损伤修复研究。公司拥有的嗅鞘细胞神经桥技术已在澳洲开展临床试验用于脊髓损伤病人的治疗。公司计划在未来的几年内在国内开展大规模临床研究,帮助更多脊髓损伤患者重获新生。

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