干细胞通过鼻内给药治疗中枢神经系统疾病研究进展

中枢神经系统疾病是一个非常广义的概念，神经系统包括中枢神经系统和周围神经系统，其中中枢神经系统指大脑、小脑、脑干以及其向下延伸的脊髓，所以脑和脊髓的疾病都属于中枢神经系统疾病。

中枢神经系统（CNS）疾病，如脑血管疾病、阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD），主要涉及神经细胞的损伤、变性和丢失。
人体的中枢神经系统在损伤后或退行性病变后，自我修复能力是有限的，有学者认为是脑部诱导神经干细胞增殖并向神经元分化的力量太弱所致。

干细胞是一类具有自我更新和多能潜能的细胞，在替代受损神经细胞和改善神经功能方面表现出巨大潜力。大量临床研究证明干细胞疗法在治疗中枢神经系统疾病方面具有广阔的临床前景，多项临床试验正在进行中。

血脑屏障 (BBB) 是大多数药物通过传统治疗途径（如静脉注射）输送到中枢神经系统的障碍，降低了大多数药物的治疗效果。开发可以绕过BBB的化合物始终是药物开发的挑战。干细胞移植在PD和AD等多种疾病中具有治疗潜力。

然而，大脑中的干细胞治疗总是需要侵入性方法，例如立体定向或鞘内注射。侵入性方法限制了干细胞移植在神经系统疾病治疗中的应用。许多研究观察到，鼻内应用 (INA) 可以绕过BBB，并能够将小分子物质和大分子蛋白质输送到中枢神经系统。而且，与立体定向脑部注射和鞘内注射相比，INA的侵入性更小，可以重复进行。

鼻内应用（INA）给药进入大脑的途径

自1989年以来，Frey证明了从鼻子到大脑的路径的存在，并为INA开启了一个新时代。在INA中，物质沉积在鼻腔的上皮细胞层中，并通过沿嗅觉或三叉神经迁移或通过脑脊液循环直接到达脑实质。一旦物质到达它们的特定位置，它们就可以通过细胞内和细胞旁运输途径被运输到中枢神经系统（图1）。

INA可能的物质进入大脑的途径（以啮齿动物为例）。啮齿类动物鼻腔内注射后，药物或细胞通过细胞内和/或细胞旁途径转运，通过嗅觉上皮沿嗅觉神经到达嗅球，或通过呼吸上皮到达嗅觉沿着三叉神经的眼支或上颌支的球茎/脑干。到达中枢神经系统后，药物或细胞通过脑脊液和/或血管周围空间进一步分布在大脑中

经鼻内途径给药的干细胞类型

神经干细胞 (NSC)：NSC具有分化为神经元和神经胶质的能力，因此在治疗神经系统疾病方面具有优势。

间充质干细胞：间充质干细胞是来自各种来源的成体干细胞，包括骨髓、脂肪、脐带和脐带血。骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）含有表达神经干细胞标志物巢蛋白的亚群，可分化成功能完整的神经胶质细胞和神经元，促进神经组织再生。

iPSC：iPSC是一种特殊类型的干细胞，由体细胞改造而成，其特性类似于胚胎的内部质量细胞。该技术由日本科学家山中于2006年首次提出。从自体iPSCs中诱导NSCs或其他神经细胞降低了iPSCs的免疫原性，从而降低了移植后的免疫排斥反应，并解决了移植NSCs的伦理问题。

干细胞鼻内应用给药治疗中枢神经系统疾病的优势

在几种情况下，INA提供优于静脉内或其他给药途径的优势：

1、对中枢神经系统的传递程度较高；

2、避免首过代谢；

3、无创、给药方便，必要时可重复给药；

4、由于其他健康器官不暴露于治疗化合物，因此可以将其不利影响降至最低。这些特性使静脉给药成为治疗具有多个病理区域的长期神经系统疾病（如AD和PD）的主要策略之一。

干细胞鼻内应用给药治疗神经退行性疾病的临床应用案例

神经退行性疾病：常见的神经退行性疾病包括PD、AD、亨廷顿氏病和肌萎缩侧索硬化症，其特征是大脑和/或脊髓中的神经元变性和丧失。在神经退行性疾病的治疗中，干细胞可以替代退行性细胞或通过转移神经营养因子来保护细胞，这些因子在临床前研究和正在进行的临床试验中表现出治疗潜力。

帕金森（PD）

PD的病理特征是黑质中多巴胺能神经元的丢失和路易体的形成。目前对PD的治疗主要依靠药物治疗和辅助手术治疗，表现为运动波动的症状减弱。对PD其他治疗方法的探索已显示出可喜的结果，例如干细胞疗法、使用抗体的免疫和炎症疗法以及基因疗法。

干细胞移植可防止PD患者黑质多巴胺能神经元的损失。主要的移植方法是通过立体定向注射将细胞直接注射到脑实质。因此，无创INA引起了广泛关注。

表1列举了近年在啮齿动物模型中鼻内干细胞治疗PD的研究。

阿尔兹海默症（AD）

是最常见的神经退行性疾病，其病理学特征是由淀粉样蛋白-β (Aβ) 和由过度磷酸化tau组成的神经原纤维缠结形成的淀粉样蛋白斑块的积累。在AD患者的大脑中观察到受损的突触可塑性和神经变性。外源性干细胞在故障神经元回路的重建和再生中发挥重要作用。

2015年，Mita等人。发现经鼻内注射人脱落乳牙干细胞（SHED-CM）无血清条件培养基后，AD模型小鼠的认知功能得到改善。鼻内注射MSCs的可溶性分子或外泌体可改善AD小鼠的炎症并降低Aβ。

表2总结了干细胞INA治疗AD模型小鼠的近期研究。MSCs鼻内注射可改善亨廷顿病的异常多巴胺系统和炎症反应。

脑血管疾病

干细胞治疗在脑血管疾病的预后和功能修复方面也有优势，尤其是在一些缺血性血管疾病方面。在体内，外周血管内皮祖细胞可以修复受损的血管内皮细胞，促进血管再生。

2012年，魏等人研究了缺血性中风小鼠模型中BM-MSCs的鼻内移植。干细胞在给药后1.5小时到达缺血皮层并沉积在血管外。移植的干细胞归巢于梗塞区域，保护其中的细胞。鼻MSCs的条件培养基还可以改善大脑中动脉闭塞MCAO模型大鼠的症状并增强血管重塑。干细胞的INA还在蛛网膜下腔出血或新生儿脑损伤的模型啮齿动物中发挥治疗作用。

结论：总结与展望

INA具有无创性、实用性强等优点。它促进各种药物分子和干细胞绕过血脑屏障到达中枢神经系统，为干细胞治疗中枢神经系统疾病提供了一种无创有效的方法。

然而，与小分子物质不同，干细胞的经鼻转运途径仍不清楚。未来的研究需要优化方法以提高干细胞鼻内移植的递送和治疗效率以及安全性。

从动物实验到临床试验的转化还有很多问题需要考虑（表3）。