《Frontiers in Neurology》：Current status of neural progenitor/stem cells for spinal cord injury: fundamental research and clinical trials
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背景：脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）可导致不可逆的神经功能缺损，是全球范围内重大的健康与社会经济负担。尽管神经祖细胞（neural progenitor cell, NPC）移植在细胞替代、内源性神经再生及广泛的神经营养与免疫调节作
背景：脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）可导致不可逆的神经功能缺损，是全球范围内重大的健康与社会经济负担。尽管神经祖细胞（neural progenitor cell, NPC）移植在细胞替代、内源性神经再生及广泛的神经营养与免疫调节作用等方面拥有充分的临床前证据支持，其临床转化进程却慢于预期。与此同时，基因编辑、生物材料工程及类器官技术的快速发展正重塑该治疗领域的格局。因此，系统重新评估基于NPC的SCI疗法现有证据并完善未来转化策略正当其时。
主体：本综述全面概述了NPC治疗SCI从临床前到临床的全链条进展。首先，研究人员总结了成体或胚胎神经组织来源、胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）来源及诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPSC）来源的NPC生物学特性、优势与局限，重点讨论了致瘤性、免疫应答及生产标准化等问题。其次，研究人员聚焦于以提升疗效为导向的基因修饰及工程化递送系统，涵盖过表达神经营养因子、突触形成因子或促存活因子的NPC，以及将NPC与生物材料、小分子或免疫调节剂联用以增强移植物存活、神经环路重建及运动感觉功能恢复的组合策略。随后，研究人员系统分析了在10个国家开展的19项基于NPC/神经干细胞（neural stem cell, NSC）产品的临床试验，覆盖HuCNS-SC、LCTOPC1、NSI-566、hESC-OPC及新兴的iPSC衍生产品XS228，比较了其试验设计、给药方案、给药途径、安全性特征及初步功能结局，并提出了下一代临床试验的关键设计原则与患者选择策略。最后，研究人员探讨了基于类器官的方法及人工智能（artificial intelligence, AI）辅助决策工具作为疾病建模、方案优化及精准适应症细化的新兴平台。
结论：基于NPC的SCI疗法仍处于早期但充满前景的转化阶段。目前尚无NPC产品获得监管机构批准，这反映出在细胞来源优化、安全性控制、移植物存活、体内示踪及试验设计等方面仍存在持续挑战。尽管如此，通过整合严格的细胞来源筛选、合理的基因修饰、先进的递送系统以及针对明确界定患者群体的精心设计临床试验，NPC有望在未来为SCI患者带来有意义的——甚至是变革性的——临床获益。
1 引言
脊髓损伤是一种常见且极具破坏性的疾病，严重影响患者的身心健康。由于需要持续的医疗护理与康复，SCI在全球范围内造成了沉重的医疗负担。流行病学数据显示各地区发病率差异显著，据世界卫生组织统计，2021年全球约有1540万SCI患者。迄今为止，学界对SCI病理演变的理解已取得显著进展。SCI的病理生理机制包括原发性损伤与继发性损伤。原发性损伤导致脊髓灰质出血，引起局部缺血缺氧，进而造成神经元丢失与脱髓鞘；进行性水肿可能进一步损害神经传导。相比之下，继发性损伤是一系列进行性级联病理事件，包括神经源性休克、血管破坏、兴奋性毒性、钙介导损伤、电解质失衡、免疫介导损伤、凋亡及线粒体功能障碍。这些综合机制最终导致不可逆的脊髓损伤与永久性神经功能缺损。从时间上看，灰质损伤在伤后1小时内变为不可逆，白质则在72小时内发生不可逆损伤。鉴于进行性组织破坏与成人脊髓极低的内源性再生能力，SCI后自发性神经功能恢复极为有限，迄今仍无治愈手段。因此，旨在恢复神经元与胶质细胞群再生的策略代表了极具前景的治疗方向。
神经祖细胞是中枢神经系统内的多能前体细胞，可分化为多种神经元与胶质细胞亚型，涵盖神经干细胞及其下游祖细胞亚群。除谱系分化外，NPC能够迁移、整合入宿主组织、建立缝隙连接、调节微环境并促进组织稳态恢复。此外，NPC分泌胶质细胞源性神经营养因子（glial cell-derived neurotrophic factor, GDNF）、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）、睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor, CNTF）、胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor-1, IGF-1）等多种营养因子，增强细胞存活并抑制神经炎症。凭借强大的增殖与分化能力、低致瘤性、易于整合入宿主组织、低免疫排斥及适于基因修饰等优势，NPC疗法在修复受损脊髓组织方面潜力巨大。临床前研究已证实NPC移植的安全性与功能获益。尽管NPC疗法通过细胞替代、内源性神经再生机制及广泛神经营养效应拥有充分的理论依据，其临床转化仍慢于预期。因此，迫切需要系统评估现有证据，识别当前挑战，并探索基因修饰细胞疗法与先进生物材料递送系统等创新策略以优化治疗效果。本综述全面概述了NPC治疗SCI从临床前开发到临床应用的最新进展，重点介绍了与治疗结局密切相关的基因修饰NPC技术与工程化递送系统，并讨论了类器官技术与人工智能等作为未来方向，以提升NPC干预SCI的可行性与疗效。
2 用于脊髓损伤治疗的NPC来源
用于SCI治疗的NPC主要分为三类：成体或胚胎神经组织来源、ESC来源及iPSC来源。
成体或胚胎神经组织来源的NPC：为满足大规模体外扩增需求，成体神经祖细胞通常取自脑室下区或脊髓。在表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF）和/或碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor, bFGF）培养条件下，这类细胞可富集并扩增为神经球样NPC聚集体，传代后可分化为神经元、星形胶质细胞与少突胶质细胞。
ESC来源的NPC：源自胚胎内细胞团，具有分化为外胚层、中胚层及内胚层衍生物的能力。尽管已有多个研究团队建立了将ESC分化为可移植神经细胞或胶质细胞的方案，传统方法效率有限。添加Noggin蛋白与小分子抑制剂SB431542已被证明可提高NPC诱导效率，并将神经分化周期从30至50天缩短至约19天。
iPSC来源的NPC：通过对体细胞重编程获得多能状态，功能上与ESC相似。该方法不仅避免了使用胚胎或成体神经组织的伦理问题，还可实现患者特异性自体细胞治疗，减少或消除移植后终身免疫抑制的需求。得益于可及性、自体移植相容性及强大的神经再生潜能，iPSC来源的NPC被视为SCI治疗最有前景的细胞来源之一。然而，该技术仍面临挑战：即使是自体细胞也可能发生免疫排斥，因重编程与分化过程可能引入新抗原或残留载体成分从而触发免疫反应；致瘤性与潜在的基因组不稳定性仍是主要安全隐患，需进一步的临床验证。近期iPSC来源的NPC临床试验提供了支持其治疗潜力的更可靠证据。机制研究表明，移植细胞主要通过两条途径促进修复：分化为功能性神经细胞以替代受损组织，以及调节局部炎症微环境。未来的治疗策略预计将在个性化与标准化之间取得平衡，通过优化细胞生产工艺与手术递送方案来提高安全性与可重复性。
3 NPC治疗脊髓损伤的历史发展
在SCI治疗的早期阶段，Reier首次提出使用富含NPC的神经组织进行治疗并取得良好疗效，这是纯化细胞治疗策略演进的重要里程碑。1995年，研究人员成功在体外分离并扩增小鼠NPC用于移植，随后人NPC的成功分化与应用同样在SCI模型中显示出良好的功能改善。Gutierrez进一步在猪SCI模型中评估了直接髓内注射细胞的安全性，研究了脊髓对增加注射体积与多部位递送的耐受性。2010年，Geron启动了首个基于人ESC来源少突胶质祖细胞直接注射入脊髓损伤部位的NPC移植临床试验，为NPC疗法的临床转化铺平了道路。早期临床研究主要关注慢性SCI。近年来的进展使得荧光激活细胞分选（fluorescence-activated cell sorting, FACS）能够更精确地纯化特定NPC亚群。截至2025年3月，日本K Pharma获批启动更大规模的临床试验，中国SciSET Bio也正在推进注册I期临床研究，这些进展有望提供更稳健可靠的疗效数据。迄今为止，已识别出十余项临床试验，覆盖急性和亚急性SCI、胸腰段损伤部位及多种NPC来源。从2014年至2017年的胎儿来源NPC早期I/II期试验，到2018年非人灵长类模型证实移植的人NPC可实现长期存活并促进前肢功能恢复，再到2019年至2020年iPSC来源NPC在日本首次获批临床测试以及HLA匹配iPSC库的建立，以及2021年至2023年多项针对亚急性SCI患者的iPSC-NPC移植研究启动和基因修饰NPC的增强效应展示，直至2024年生物材料支架与NPC/NSC移植联合成为重要方向，NPC/NSC疗法正从单一细胞移植向细胞工程、生物材料整合及综合治疗策略的新阶段演进。
4 用于SCI治疗的基因修饰NPC
基因修饰NPC通过过表达特定因子显著提升治疗效果。
4.1 过表达神经营养因子的NPC
胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）：在大鼠胸段挫伤模型中，腺病毒介导GDNF过表达的人胎儿脑源hNSPC在伤后7天进行髓内注射，结果显示GDNF过表达增强了体外神经元分化，并在体内减少了损伤体积与脱髓鞘体积，提高了BBB运动评分。
NEP1-40：在大鼠T9半切SCI模型中，NEP1-40基因修饰的NSC在伤后7天直接移植入损伤部位，相比未修饰NSC，显著增加了HRP阳性神经纤维数量，改善了NF-200与MBP等神经元与髓鞘相关标志物表达，但未改变谱系特异性分化比例。
神经营养素-3（neurotrophin-3, NT-3）：通过高亲和力结合原肌球蛋白受体激酶C（tropomyosin receptor kinase C, TrkC），NT-3修饰促进了hfNSC的存活、增殖、神经元分化及神经突生长，体外感染8周后37.9%±4.2%的hfNSC表达神经元标志物，显著高于对照组。
4.2 过表达突触形成因子的NPC
NeuroD2（ND2）：过表达ND2等bHLH转录因子可增强NPC向疾病相关神经元亚型的分化，促进神经突形成并上调突触蛋白表达。
mTORC1：在中脑动脉阻塞卒中模型中，移植CTX0E03细胞显著改善了感觉运动功能，提示mTORC1信号在NPC激活中起关键作用；非洲爪蟾研究显示mTORC1可能通过支持内源性轴突再生参与脊髓再生。
LOTUS：在亚急性SCI的离体基因治疗中，慢病毒介导LOTUS过表达的hiPSC来源NS/PC表现出更长的神经突，逆转了NgR1配体介导的轴突生长抑制与Nogo诱导的凋亡，上调了BDNF、NGF与NT-3等神经营养因子表达；体内移植后，LOTUS-NS/PC的神经纤维成功延伸至宿主脊髓头尾端，减少了凋亡，增加了神经营养分泌，改善了运动功能恢复。
Wnt4：Li等证明Wnt4通过激活β-连环蛋白与MAPK/JNK信号并下调抑制神经元分化的NICD表达，抑制Notch通路，从而促进NSC的神经元分化；体内移植Wnt4修饰的NSC有效促进了脊髓修复、神经再生并显著改善了后肢运动功能恢复。
4.3 过表达促存活因子的NPC
半乳糖凝集素-1（Galectin-1）：在成年普通狨猴颈段挫伤模型中，伤后9天髓内移植Gal-NS/PC，相比未修饰NS/PC，在自发运动、握力与跑步机表现上实现了更好的行为学恢复，组织学上移植物存活并分化为神经元、星形胶质细胞与少突胶质细胞，髓鞘化区域、皮质脊髓束纤维与5-羟色胺能纤维均显著增加。
工程化原肌球蛋白受体激酶C（TrkC）：在大鼠脊髓移植研究中，TrkC工程化神经前体细胞在NT-3刺激下存活率接近100%，远高于缺乏TrkC或NT-3时的30%–50%；NT-3暴露还增强了移植细胞在脊髓灰质内的迁移并减少了星形胶质细胞分化，同时减少了空洞形成并增加了移植物附近的β-微管蛋白阳性纤维。
5 NPC与生物材料的组合策略
NPC与生物材料的联合已成为SCI修复的重要策略。
5.1 联合生物材料的类型及其主要作用机制
目前的材料平台主要包括支架类材料、功能化水凝胶或纳米材料、药物递送系统以及外泌体、基因编辑、光遗传学等新兴生物工程方法。支架类材料主要提供三维结构支持与组织桥接；功能化水凝胶与纳米材料侧重于局部缓释与微环境调控；药物递送系统通过特定信号通路影响NSPC的命运；新兴工程策略则进一步增强再生调控与治疗干预的精准性。
5.2 按作用机制分类
从机制上看，生物材料辅助的NSPC疗法主要通过促进神经再生与轴突延伸、调节炎症与免疫微环境、抑制胶质瘢痕形成以及诱导定向分化发挥作用。支架与水凝胶提供黏附与支持引导环境，联合生长因子促进轴突再生与再髓鞘化；部分功能化材料可减轻炎症反应，改善移植微环境；抗瘢痕策略可增强细胞迁移与轴突穿透；此外，小分子或功能化支架可通过调控关键信号通路引导NSPC向有利于修复的细胞谱系分化。
5.3 按应用场景分类
不同的组合策略在损伤不同阶段各具优势。在急性或亚急性SCI中，抗炎保护与早期微环境优化最为重要，抗炎纳米系统或因子释放水凝胶更为适用；在慢性SCI中，组织桥接、轴突再生与神经环路重建成为主要治疗目标，支架类策略联合NSPC与生长因子更具前景。随着研究深入，部分组合策略已逐步进入临床前或早期转化阶段，研究重点正从短期修复效应转向长期安全性与宿主整合。
5.4 组合策略的优势与挑战
总体而言，生物材料辅助的NSPC疗法在提高细胞存活、优化微环境、促进神经再生与功能恢复方面优于单一疗法，展现出显著的协同优势。然而，该领域仍面临生物材料生物相容性、降解速率匹配、安全性及长期整合等挑战。此外，动物实验的积极数据向临床转化仍受限于人类SCI的巨大异质性。未来研究应进一步优化材料设计，明确最佳干预时机，并加强对疗效与安全性的长期评估。
6 临床试验
6.1 临床试验概述
研究人员系统检索了评估NPC治疗SCI的临床研究，共纳入19项临床试验。这些试验在10个国家开展，中国贡献最多，计划入组491名参与者。试验设计方面，12项为开放标签，2项为双盲；5项采用随机化，8项为非随机；13项为单中心，6项为多中心；13项采用单臂或平行臂分配。试验阶段方面，6项为I期，3项为II期，7项为I/II期联合，仅1项进入III期，表明大多数研究仍处于早期开发阶段。细胞来源方面，3项使用自体NPC，10项使用同种异体NPC，6项未明确描述。所有试验均针对亚急性或慢性SCI患者。
6.2 临床试验结果
研究人员总结比较了五种主要产品：HuCNS-SC、LCTOPC1、NSI-566、hESC-OPC及XS228的关键临床结果。HuCNS-SC为人胎儿脊髓来源NSC，进行了多次髓内注射，剂量为2×108或4×108细胞，所有不良事件均为轻中度，无≥3级细胞相关严重不良事件，5年长期随访证实了安全性，但仅显示上肢运动评分与ISNCSCI评分轻度改善，未达到预设疗效终点，所有试验最终终止。LCTOPC1为hESC来源少突胶质祖细胞，单次髓内注射，设三个剂量水平，1年随访显示96%受试者至少一侧神经功能改善1个AIS等级，32%改善2个及以上等级，UEMS与GRASSP评分显著提升，但中期分析未达预设疗效阈值，导致试验提前终止。NSI-566为成体脊髓来源NSC，在病灶周围6个位点注射，每位点2×105细胞，随访18–27个月显示安全性良好，3/4可评估患者出现早期感觉或运动功能改善，MRI显示移植物相关轴突发芽。hESC-OPC为hESC来源少突胶质祖细胞，因资金限制提前终止，有限影像数据提示可能存在轴突再生。XS228为iPSC来源运动神经元细胞，2025年3月在中国启动I期临床试验，采用单次或重复鞘内注射，疗效数据尚未公布。
6.3 NPC临床试验总结
迄今为止，FDA尚未批准任何能促进SCI后神经功能恢复的药物，尤其是针对AIS A或B级运动完全性损伤患者。现有临床试验提供了重要的安全性数据，但也揭示了转化障碍：仅有安全性不足以保证研发继续，若功能改善有限或未达到预设疗效阈值，即使观察到神经功能改善也无法支撑进一步开发。此外，商业可持续性与运营可行性同样关键。部分积极结果提示，明确的细胞谱系与良好的宿主整合潜力可能是产生阳性疗效信号的先决条件，而损伤节段与功能终点的异质性则可能削弱疗效信号的清晰度。未来需关注长期风险，包括插入突变、转基因失控表达、脱靶效应、载体免疫原性、克隆选择与致瘤性转化。NPC疗法仍面临纯化分化细胞群分离困难、体内细胞示踪系统效率有限及移植细胞存活率中等偏低的挑战。
7 类器官移植
从细胞起源看，脊髓类器官本身即由ESC或iPSC经神经诱导产生的NPC谱系细胞衍生而来。在三维持培养、生长因子调控与工程支持系统下，这些NPC谱系细胞进一步自组织、区域模式化并形成网络，最终产生具有脊髓样结构与细胞异质性的类器官，因此类器官并非独立于NPC系统的移植物，而是NPC的一种高级三维形态。临床前研究显示，GelMA-人脊髓类器官复合物在啮齿类模型中改善了运动功能恢复，减小了损伤体积，增强了神经纤维长入，减轻了胶质瘢痕形成与炎症；类器官移植物比无细胞或载NPC的水凝胶支架表现出更好的神经纤维整合与功能恢复；3D打印类器官支架可引导轴突生长并支持与宿主组织的接力环路形成。传统单细胞NPC移植面临若干局限，类器官的主要价值在于移植前即可建立相对复杂的细胞组成，从而改善移植物与宿主的组织相容性与功能整合。类器官应被视为传统单细胞NPC移植的重要补充，同时也是NPC研究的重要平台，可用于评估NPC诱导效率与分化方向，并作为NPC移植的高级组织工程载体，推动治疗策略从移植分散NPC向移植由NPC组成的类器官样移植物转变，有望提升细胞移植的稳定性与可控性。未来应进一步优化NPC来源，构建节段特异性脊髓类器官，改善移植后宿主-移植物整合，并建立长期安全性评估体系。
8 结论
鉴于SCI的病理特征，当前临床试验主要针对亚急性与慢性期。尽管现有疗法尚无法实现完全功能恢复，NPC疗法已显示出减缓脊髓功能继发性恶化并适度促进轴突再生的潜力。然而，最佳移植时机、最大剂量与给药频率仍存争议，需进一步研究。临床转化的核心挑战在于临床前动物模型无法完全模拟SCI患者复杂的病理状况，建立恰当、一致且可重复的SCI模型至关重要。类器官技术的发展为其与SCI研究的整合提供了广阔前景。此外，
