Condoliase(Seikagaku Corp.)

脊髓损伤（SCI）是一种以复杂病理生理过程为特征的关键性神经系统疾病。继发性损伤诱导的恶劣局部微环境显著阻碍了内在的神经修复，且现有疗法的临床疗效有限。近年来，间充质干细胞（MSCs）因其基于旁分泌的治疗特性，包括免疫调节、神经营养因子分泌和促进血管生成等，引起了广泛关注。然而，传统的MSCs移植面临着细胞注射后存活率低、归巢能力不足以及在损伤后不利微环境中治疗效果差等重大障碍。因此，对MSCs进行“功能化”以增强其治疗潜力至关重要。本文系统综述了三种主要的MSC功能化策略：基于生物材料的递送平台、基因工程方法以及药物或物理协同疗法。临床前证据表明，这些策略可协同改善运动功能恢复、促进轴突再生和髓鞘形成，并抑制炎症反应。总体而言，功能性MSC治疗显示出比传统细胞移植更大的治疗前景。未来的研究应优先考虑安全性、标准化和大规模生产相关的挑战以支持临床转化，并进一步探索多模式功能整合及智能响应型干细胞系统，以实现SCI治疗的突破。1. 引言 脊髓损伤（SCI）被公认为一种影响中枢神经系统的致残性创伤，主要由外部机械冲击引起。全球范围内，SCI的年发病率估计为每百万人10.5至83.0例。受累患者通常遭受感觉、运动和自主功能的严重损害，给患者、家庭和社会带来巨大的经济后果和护理负担。从病理学角度看，SCI包括初始的原发损伤和随后的继发损伤级联反应。原发损伤由脊髓组织直接机械创伤立即发生，而继发损伤涉及多方面的病理过程，如血管破坏、离子失衡、谷氨酸诱导的兴奋性毒性、氧化应激反应、广泛的炎症级联反应和程序性细胞死亡。这些继发性机制加剧了组织破坏，促进了抑制性的胶质瘢痕形成，诱导囊腔发展，并严重中断神经元信号通路。这种抑制性环境显著降低了脊髓神经组织的固有再生能力，给全球SCI的临床管理带来了重大挑战。因此，基于干细胞的干预措施作为脊髓再生的一种前瞻性治疗策略已获得突出地位。间充质干细胞（MSCs）可从多种组织中分离，包括骨髓、脂肪沉积和脐带，因其低免疫原性特征和体外有效扩增能力而受到青睐。MSC治疗SCI的理论基础主要依赖于其强大的旁分泌效应，而非直接的神经元分化。移植的MSCs分泌神经营养、抗炎和促血管生成因子，从而介导免疫调节、抑制凋亡、促进轴突再生和髓鞘形成，并改善局部血液供应，共同为内源性修复创造有利的微环境。然而，传统的MSC移植在临床转化中面临巨大障碍。因此，将MSCs功能化以增强其在受损组织中的适应性和修复功效已成为一项战略必要性。功能化策略旨在将MSCs从被动的“修复细胞”转变为主动的“治疗平台”。 2. SCI的干细胞治疗策略 尽管MSC治疗为SCI修复提供了希望，但传统的MSC移植在临床转化中面临重大挑战，其疗效受多种因素限制。首先，移植的MSCs表现出极低的存活率和快速清除。损伤核心的微环境恶劣，以严重的缺血、缺氧、营养缺乏以及高水平的炎症因子和氧化应激为特征，新移植的细胞迅速发生凋亡或坏死。其次，MSCs向病变部位的归巢效率低下。即使经过鞘内或血管内注射，只有极小比例的细胞能准确迁移并锚定在损伤区域，大多数细胞分散到其他组织或器官。第三，在恶劣的受伤微环境中，MSC的功能不稳定且不可预测，其旁分泌功能受局部环境动态变化的显著影响。越来越多的证据表明，MSCs在SCI中的主要治疗机制并非细胞替代，而是其强大的旁分泌和免疫调节特性。因此，简单地注射未经修饰的细胞而不增强其适应性不可避免地限制了治疗效果。为了解决这些局限性，“功能化”或“工程化”MSCs的概念应运而生。该策略的核心思想是通过外部干预积极增强或引入MSCs的特定治疗特性，将其转化为更强大、智能的“活体生物药物”。功能化的明确目标是解决传统疗法的固有弱点。基因工程可诱导MSCs过表达抗凋亡蛋白或神经营养因子，增强存活和神经再生能力；生物材料可提供三维支架，提供物理保护、定向生长引导并改善细胞滞留；此外，药物预处理可预先激活MSCs，提高其应激耐受性和修复能力。特别是，功能化MSC策略已整合到急性SCI的标准骨科手术流程中。对于需要手术减压和稳定的脊柱骨折病例，功能化MSCs的局部递送可与内固定手术相结合。考虑到伤后急性期炎症微环境的存在，在完成减压和稳定手术后，将功能化MSCs硬膜外或病变区域局部应用可能是一个理想的治疗窗口。除了直接注射，利用可注射或可植入的生物材料载体在术中将负载的MSCs精确递送到损伤部位，不仅可以提供机械支持和保护，还能实现细胞的持续释放和功能发挥，与手术修复目标产生协同作用。总之，功能化策略旨在将MSCs从被动的修复参与者转变为主动的靶向治疗剂，极大地增强了其在SCI复杂病理环境中的疗效和可靠性。 3. 功能化MSCs的主要策略及研究现状 3.1. 基于生物材料的功能化――构建细胞递送与存活平台 基于生物材料的功能化策略核心目标是克服损伤部位的恶劣微环境，为MSC的存活创造支持性环境。关键目标包括：提供三维物理支撑，模拟天然细胞外基质（ECM）的结构，为MSCs提供附着位点，防止注射过程中的细胞流失，并促进细胞有序生长和组织构建；提供生化信号指导，通过材料本身或加载活性因子向MSCs传递促存活和促神经分化的信号，同时调节损伤部位的免疫炎症反应以支持神经再生；实现受控的细胞/因子递送，材料作为缓释载体，允许MSCs或其分泌的营养因子在损伤部位持续有效地发挥作用，防止快速清除。最终，该策略旨在将传统的“细胞注射”提升为“微组织移植”，增强MSC治疗效果。虽然MSCs移植在SCI治疗中显示出相当大的治疗潜力，但传统的递送方法（如简单的细胞悬浮液注射）经常遇到诸如细胞滞留不足和病变部位存活率降低等障碍。最近的临床前证据表明，采用基于生物材料的支架作为细胞载体可以显著提高移植结果。例如，壳聚糖支架显示出比直接细胞注射显著增加的MSC滞留，导致运动能力的改善。目前，各种生物相容性和可适应的水凝胶，包括明胶基、透明质酸衍生和含胶原的支架，已被设计用于SCI修复，以模拟天然神经ECM。这些支架旨在为MSCs创造最佳的三维生长环境。水凝胶特别受到青睐，因为它们具有优异的生物相容性和生物降解性。这些材料复制了天然ECM的主要成分，可以通过温和的物理或化学交联形成高含水量的三维网络。此外，水凝胶可以被精确地定制特定的理化特性，包括可控的孔隙率、刚度和拓扑取向，以主动指导细胞活动和神经再生。一个很有前途的方法是制造具有各向异性拓扑结构的定向水凝胶支架，以促进广泛的轴突再生和有组织的束状重建。模仿天然脊髓白质的平行排列有效地为再生轴突和细胞迁移提供方向线索。此外，将复杂的空间结构和增强的生物功能整合到水凝胶结构中是当前的研究重点。先进的技术如3D打印使得定制化支架制造成为可能。细胞片技术是一种创新方法，能够收获完整的细胞层及其自然分泌的ECM，而无需酶消化。与单细胞悬液移植相比，细胞片能更有效地维持ECM完整性和细胞间连接。移植后，这些细胞片充当“细胞绷带”，显著增强细胞存活、滞留和旁分泌活性。脱细胞天然材料由于能够紧密模拟神经组织的原生三维ECM结构，在SCI修复中具有独特的优势。随着材料科学的进步，研究人员正从将生物材料视为被动支架的传统观点转向开发能够主动调节损伤微环境的“智能”修复平台。当前的研究趋势涉及将生物活性物质（如神经营养因子、抗炎剂和纳米酶）整合到支架材料中，以实现协同、顺序或刺激响应性释放。这种方法同时针对多个病理途径，显着提高治疗效果。例如，磁性生物材料结合外部物理场提供了一种引导细胞迁移的方法，其核心是将MSCs标记为超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPIONs），使其能够在外部磁场引导下主动导航至SCI部位。此外，微球构成了SCI管理中另一类有利的支架类别。 3.2. 基于基因工程的功能化――重塑细胞内在本征功能 基于基因工程的功能化方法旨在利用基因编辑或病毒转导等技术对MSCs进行遗传修饰。这包括过表达具有神经保护、免疫调节或再生作用的基本因子，或沉默不利基因。因此，MSCs从单纯的细胞工厂演变为高效的、持续的特定治疗药物原位生产者，显着增强其治疗效果。目前，研究主要集中在通过靶向基因过表达精确调节MSC的行为和治疗功能。主要策略包括增强神经营养能力、促进神经分化、指导分化为特定的神经细胞类型、改善旁分泌效应以及提高MSC存活率。研究表明，过表达各种神经营养因子或关键的发育基因可显着增强MSC介导的神经再生。例如，鼻黏膜来源的MSCs经基因修饰过表达神经肽S可通过激活PI3K/AKT/GSK3β信号级联刺激神经再生。同样，人脐带MSCs工程化以提高碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）的表达，通过调节PI3K-Akt-GSK-3β途径显着增强了内源性神经干细胞的增殖和神经元分化。此外，过表达Wnt5a或Wnt3a有效地促进了MSCs的神经元分化和轴突再生。更高级的策略涉及直接诱导MSCs分化为少突胶质前体细胞（OPCs）、GABA能神经元或其他必要的神经细胞类型。例如，过表达DNA去甲基化酶TET3可有效将人脐带MSCs转化为OPCs。同时，通过CREB1过表达成功诱导MSC分化为GABA能神经元，改善了运动恢复并减轻了神经性疼痛。增强MSCs旁分泌能力的基因工程是另一种重要的治疗策略。胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的过表达显着改善了移植MSCs的存活，并提供多方面的保护作用。基于基因工程的功能化的核心优势在于从根本上增强MSCs的特定治疗功能。然而，这种方法的局限性也不容忽视。安全性仍然是最主要的问题，包括病毒载体的潜在致突变性、不可控的基因整合风险，以及长期基因过表达引起的免疫原性或致瘤性，这些都对临床转化构成重大挑战。此外，实现高效基因转导、精确控制基因表达水平以及确保稳定的长期基因表达构成了技术障碍。从监管角度来看，基因修饰的MSC产品面临着比传统细胞疗法更严格的审批流程。 3.3. 基于药理学或物理干预的功能化、外源性预处理和协同治疗 3.3.1. 药理学干预 基于药理学或物理干预的功能化策略构成了一种不同于基因修饰或简单物理支持的先进治疗范式。该方法的核心是在移植之前或期间，用外源性药物或物理刺激对MSCs进行预处理或联合给药。这种策略并非永久改变细胞基因组，而是瞬时且可控地激活MSCs的内在再生潜力，使其在暴露于SCI恶劣微环境之前达到优化功能状态。主要目标包括：增强细胞耐受性，通过激活内源性保护途径提高MSC对氧化应激、炎症和凋亡的抵抗力；指导细胞分化，通过特定的信号线索诱导MSC向神经元或少突胶质细胞谱系分化或增加神经营养因子分泌；优化细胞递送，通过调节归巢相关受体或与趋化因子结合促进MSCs向病变部位的靶向迁移和滞留；以及协同微环境调节，将MSCs与具有神经保护、抗炎、抗氧化或瘢痕降解特性的药物相结合，作用于多个靶点，为神经再生创造许可的环境。药理学干预代表了该策略中研究最广泛的部分。越来越多的临床前证据表明，用药物化合物预处理MSCs或其衍生物，或与MSCs共同给药，可在多个维度显着增强治疗效果。热休克预处理是一种有效的方法，可诱导MSCs中热休克蛋白（如HSP70和HSP27）的强效表达。同样，激活细胞内适应性应激途径也能获得类似益处。例如，将遗传修饰与药物治疗相结合的协同策略，即MSCs转导HIF-1腺病毒载体诱导HIF-1过表达，同时给予口服红景天苷，可显着改善移植MSCs在损伤脊髓组织内的存活。此外，针对特定凋亡途径也显示出疗效，姜黄素通过激活ERK1/2信号通路显着抑制了TNF-α诱导的人脐带MSC凋亡。改善移植细胞向病变部位的归巢对于达到治疗浓度至关重要。目前的研究主要集中在操纵SDF-1/CXCR4趋化因子轴上。例如，促红细胞生成素（EPO）上调损伤部位的SDF-1表达并增加MSCs上的CXCR4受体表达，从而增强MSC募集并提供抗凋亡作用。丙戊酸（VPA）预处理MSCs同样增强了其CXCR4表达，从而增强其对SDF-1信号的反应性并促进向受伤组织的迁移。将MSCs与直接增强受损微环境的药物联合使用是优化MSC存活和治疗效果的另一个核心方法。多项研究证明了有益的协同效应，例如米诺环素与MSCs联合治疗显着改善了运动功能，减少了中性粒细胞浸润。同样，甲泼尼龙（MP）与羊膜来源MSCs联合给药证实了协同的抗炎和抗凋亡作用。此外，直接修饰抑制性细胞外基质（ECM）是实现神经修复的重要步骤，例如将MSCs与软骨素酶ABC（ChABC）共移植，有效克服了轴突再生和MSC迁移的障碍。指导MSC分化为功能细胞类型或增强其营养功能也是改善治疗结果的另一种直接方法。研究表明，骨形态发生蛋白Noggin和BMP-7有效地诱导了MSCs的神经元分化。此外，用药物预处理MSCs可以增强其分泌的细胞外囊泡（EVs）的治疗效果。例如，用红景天苷预处理MSCs可产生修复血-脊髓屏障和减少炎症的小EVs。总之，基于药理学干预的功能化策略在过去十年中得到了广泛发展，形成了一个包含增强MSC弹性、改善靶向归巢和分化、协同微环境调节以及利用先进技术精确加工细胞衍生物的全面框架。 3.3.2. 物理预处理与联合治疗 除了药理学策略，将MSCs与各种物理干预相结合代表了另一种重要的细胞功能化方法。物理预处理方法可以在移植前非侵入性或微创性地增强MSC功能，或者作为辅助治疗方法直接改善损伤微环境。电刺激和电磁场通过调节生物电活动和细胞行为显着增强治疗效果。例如，人脐带MSCs（hUC-MSCs）和神经干细胞（NSCs）移植与亚急性硬膜外电刺激（EES）相结合，促进了NSC分化和神经元成熟，抑制了急性期小胶质细胞的促炎极化。同样，重复经颅磁刺激（rTMS）与骨髓MSC（BMSC）移植相结合，通过抑制Raf/MEK/ERK信号通路促进轴突再生。调节氧条件通过调节氧分压优化细胞功能和损伤微环境。高压氧（HBO）疗法与人胎盘MSC来源的外泌体（hpMSCs-Exos）相结合，协同增强了抗氧化酶活性。相反，缺氧预处理赋予了MSCs能力，研究表明，在生理缺氧条件下预处理MSCs可升高神经营养因子（HGF、BDNF、VEGF）的表达。此外，物理调节策略，如温度调节、声光刺激，在调节细胞生物活性方面显示出潜力。例如，低强度脉冲超声（LIPUS）显著提高了细胞活力、迁移能力和神经营养因子表达。光生物调节效应显示，630 nm激光照射与hUC-MSCs移植相结合显着增强了神经丝修复和运动功能恢复。关于温度调节，轻度低温与静脉BMSC移植相结合增加了细胞增殖并显着增强了电生理和运动功能恢复。生理调节方法，包括运动训练，与细胞疗法配对时也表现出实质性的治疗协同作用。例如，跑步机运动与BMSC移植相结合显着改善了运动恢复结果，保留了白质完整性，并增加了有髓轴突的数量。细胞协同治疗：移植两种或更多种功能互补的细胞类型为SCI提供了一种超越单细胞疗法的综合治疗策略。其主要目标是在损伤区域内利用不同的细胞优势创造协同微环境，从而增强神经保护、轴突再生和功能恢复。基础研究阐明了关键的细胞-细胞相互作用机制。例如，早期静脉输注间充质祖细胞（MPCs）为三天后移植的神经干细胞（NSCs）创造了有利的微环境。进一步细化联合细胞疗法表明，依次移植骨髓来源的MSCs，随后移植源自诱导多能干细胞（iMNPs）的运动神经元祖细胞，显着增强了成熟运动神经元的分化，促进了广泛的轴突再生，并在慢性SCI模型中产生了比单一细胞干预更好的功能恢复。更先进的方法涉及协同细胞的功能增强，例如共移植过表达BDNF的工程化MSCs与iMNPs，证明升高的BDNF表达进一步促进了神经元再生和功能恢复。这些临床前研究共同表明，MSCs充当“微环境调节剂”，改善主要治疗细胞的存活和分化。这种基于机制的协同策略已经走向临床转化。临床研究提供了强有力的证据支持这种方法，研究小组在完全性SCI患者中进行了自体骨髓来源MSCs与施万细胞（SCs）的鞘内联合给药。在超过九年的随访期内，参与者表现出显着且持续的ASIA损伤评分、脊髓损伤独立性测量（SCIM）和基于世界卫生组织标准的生活质量评估的改善。此外，同一研究组的另一项随机对照调查验证了联合MSC和SC移植在治疗SCI患者持续性神经病理性疼痛方面的治疗优势。 4. 临床前研究总结与疗效评价 SCI的临床前研究强调了三种突出的功能化策略，即基于生物材料、基于基因工程和基于药理学或物理干预，每种策略在动物模型中均显示出巨大的治疗潜力。研究表明，负载MSC的支架，如线性有序胶原和丝素蛋白，有效地引导定向轴突再生并桥接病变间隙。过表达神经营养因子或必需信号蛋白的基因修饰显着增强了MSCs的旁分泌效应、抗凋亡能力和神经元分化。此外，药理学或物理预处理激活MSCs的内源性保护机制，显着提高其对损伤微环境的抵抗力和治疗效果。疗效评估的常见发现证实了这些策略在脊髓修复中的协同潜力。在功能方面，动物模型通常表现出运动性能的显着改善。在组织学上，治疗后的动物显示出减小的腔隙体积、增加的轴突再生和髓鞘形成，以及对残留神经元的增强保护。在调节局部损伤微环境方面，这些细胞方法有效地抑制了M1巨噬细胞和microglia的促炎激活状态，同时促进其表型向抗炎M2亚型的转变。此外，促炎细胞因子如IL-1β和TNF-α显着减少，而抗炎细胞因子包括IL-10和TGF-β表达增加，共同建立了支持神经再生的最佳微环境。每种策略都有其独特的优势和挑战。生物材料支架提供物理支持和定向引导，但面临生物降解和潜在免疫原性的限制。基因工程提供细胞功能的精确增强，但遇到重大的安全隐患和复杂的监管障碍。药理学或物理预处理方法具有微创性和易转化性，但可能产生相对短暂的效果。鉴于单一策略可能不足以解决SCI复杂的病理级联反应，未来的方向在于智能地组合这些策略以实现协同效应。 5. 当前研究的局限性 尽管取得了这些令人鼓舞的结果，但目前关于SCI功能性干细胞干预的研究仍面临若干重大挑战。虽然许多研究声称MSCs在体内成功实现了神经元分化，但支持这些观察结果的科学严谨性仍然有限且存在争议。此外，临床研究经常遇到方法学问题，如参与者数量有限、缺乏盲法以及与对照组选择相关的伦理复杂性，所有这些都大大降低了其发现的可靠性和适用性。在转化水平上，临床前动物模型与人类脊髓损伤的病理生理学之间存在显着差异。动物实验中经常实现的显着功能恢复在临床上难以复制，突显了人类损伤的复杂性和物种特异性。从技术和机制的角度来看，移植细胞存活、归巢效率、分化结果和长期安全性等问题仍未解决。此外，还需要进一步优化功能化方法的精确度以及生物材料的免疫原性和降解曲线。重要的是，精确的治疗机制，特别是复杂的细胞宿主相互作用，仍然定义不清，并且缺乏预测治疗反应的可靠生物标志物。患者损伤的内在异质性和最佳治疗时机进一步使实现普遍有效的结果复杂化。特别是，功能化或基因修饰的MSCs作为先进治疗产品，在临床转化中面临着比未修饰MSCs大得多的监管和制药障碍。实现稳定的、可重复的大规模GMP制造是一个重大挑战，涉及复杂功能化过程的标准化和质量控制。这些高监管和CMC标准和障碍构成了功能性MSC疗法从实验室过渡到广泛临床应用必须克服的核心瓶颈。 6. 结论 结合生物材料、基因工程以及药理学或物理干预的功能化干细胞策略，通过增强细胞存活、定向分化和免疫调节能力，在SCI修复中显示出巨大的治疗前景。广泛的临床前证据一致强调了它们在促进运动恢复、轴突再生和改善损伤微环境方面的有效性。初步的临床转化工作进一步验证了其在增强神经功能结果方面的安全性和可行性。然而，重大挑战依然存在，特别是在弥合临床前成功与有意义的临床疗效之间的差距、标准化和个体化治疗方案以及阐明精确机制和长期安全性特征方面。未来的研究应优先优化联合治疗方法，阐明潜在的分子机制，并进行大规模临床试验，最终将这些创新策略转化为临床实践，广泛造福SCI患者。

慢性下背痛是困扰全球数亿人的常见健康问题，而其主要病因之一，便是退行性椎间盘疾病。简单来说，就是我们脊柱中起“软垫”作用的椎间盘，随着年龄增长或受伤，逐渐老化和磨损，导致疼痛、活动受限，甚至影响神经。传统治疗的局限：“治标”与“治疗空白” 目前，针对这种疾病的主流治疗方法分为两类： 保守治疗：如休息、物理治疗、服用止痛药等。这些方法能暂时缓解症状，但无法阻止椎间盘本身的持续退化。 手术治疗：对于严重病例，可能需要进行椎间盘摘除术或脊柱融合术。这些手术能解除神经压迫或稳定脊柱，但本质上是“破坏性”或“固定性”的，并没有修复已经受损的椎间盘组织。 因此，医学界一直存在一个巨大的“治疗空白”：我们能否找到一种方法，从根本上修复或再生退化的椎间盘，而不仅仅是缓解症状或进行手术干预？干细胞：一种“再生”的候选方案 干细胞，尤其是间充质干细胞，因其具有分化成多种细胞类型和强大的旁分泌功能（即释放多种有益因子调节周围环境），被视为填补这一空白的理想“种子细胞”。理论上，将干细胞注射到退化的椎间盘内，可以： 分化再生：干细胞分化成健康的椎间盘细胞，重新分泌水分保持所需的蛋白聚糖和胶原蛋白，恢复椎间盘的弹性和高度。 改善微环境：干细胞释放抗炎因子，抑制椎间盘内的炎症和分解代谢酶（如MMPs）的活性，为组织修复创造一个有利的环境。 缓解疼痛：通过减轻炎症和抑制异常神经长入，从根源上缓解疼痛。理想与现实的差距：临床前研究 vs. 临床试验 一篇发表于2026年的系统综述，对2000年至2025年间关于干细胞治疗退行性椎间盘疾病的临床前研究（动物实验）和临床试验（人体研究）进行了全面的梳理和分析。结果发现了一个显著的“转化鸿沟”： 临床前研究：硕果累累在大鼠、兔、羊等动物模型中，研究结果非常令人鼓舞。单次椎间盘内注射干细胞，普遍能观察到： 椎间盘高度得到恢复。 通过MRI观察到椎间盘“再水合”的迹象。 组织学检查证实，椎间盘内的关键基质成分（如蛋白聚糖和II型胶原）显著增加。 临床试验：结果温和然而，当这些成果转化到人体时，效果却大打折扣。该综述纳入了13项临床试验，共涉及1299名患者，结果显示： 主观感受改善：大多数患者在疼痛评分（VAS）和功能障碍指数（ODI）上确实有统计学意义上的改善。但改善幅度通常不大，且临床意义尚不明确。 缺乏客观证据：最关键的是，几乎没有令人信服的影像学证据表明人类椎间盘实现了“结构性修复”——椎间盘高度和含水量并未像动物实验中那样得到持续、显著的恢复。 安全性良好：好消息是，短期到中期来看，干细胞注射是安全的，没有报告严重不良事件。为什么“动物有效，人无效”？ 研究者指出，造成这种巨大差距的主要原因，在于人类退变椎间盘内极度“恶劣”的微环境。 营养不良、缺氧、酸性、高压：人类椎间盘是体内最大的无血管组织，营养供应本就很差。退变后，微环境更是雪上加霜，变得缺氧、偏酸、高渗透压，并且持续承受着身体的重量带来的巨大机械负荷。移植进去的干细胞大部分可能很快就会死亡，难以存活并发挥作用。 动物模型过于“理想化”：常用的动物模型（如大鼠、兔）的椎间盘，在结构、大小、营养供应和力学环境上都与人类相去甚远。它们的椎间盘较小，营养容易扩散，并且一些动物成年后仍保留着强大的再生能力。因此，动物实验的结果往往过于乐观，难以完全模拟人类疾病的复杂性。 患者选择不当：很多研究中纳入的患者，其疼痛可能并非完全由椎间盘引起。如果疼痛源于其他结构（如小关节），那么即使干细胞修复了椎间盘，疼痛也未必能缓解，这会“稀释”治疗效果，使得统计学上难以证明其有效性。未来的方向：从“细胞替换”到“微环境改造” 面对挑战，该综述为未来的研究指明了方向：与其单纯地注射细胞，不如致力于改造椎间盘这个“土壤”，让它更适合“种子”生长。 未来的策略可能包括： 生物材料辅助递送：将干细胞装载在特制的水凝胶或生物支架中注射。这不仅能防止细胞从椎间盘裂隙中泄漏，还能为细胞提供一个初步的、物理上的“庇护所”。 联合基因编辑：利用CRISPR等基因编辑技术，对干细胞进行改造，增强其抵抗炎症、耐受缺氧和合成基质的能力，让它们变得更“强大”。 利用“无细胞”疗法：研究发现，干细胞发挥作用很大程度上依赖于其分泌的外泌体。这些微小囊泡携带了干细胞的“指令”。直接注射纯化的外泌体，可能能避免细胞存活率低的问题，实现更纯粹的“旁分泌”治疗。 研发更好的动物模型：更多地使用与人类更接近的大型动物（如羊、猪），并建立更贴近人类慢性退变过程的模型，以提高临床前研究的预测价值。结论 干细胞疗法为退行性椎间盘疾病的治疗开辟了一条充满希望的再生医学新路径。然而，从“概念验证”到“临床现实”，中间横亘着巨大的科学和工程学挑战。目前，它还不能作为一种成熟、可靠的常规疗法。未来，它不太可能是一个单一的“神奇子弹”，而更可能是一个集干细胞、生物材料、基因工程和生物活性因子于一体的综合性治疗方案。在通往广泛应用的道路上，我们仍需更多设计严谨、长期随访的高质量临床试验来证实其真正的价值和安全性。 Ferraz VR, Goulart CR, de Souza MFRFF, Furlan MOCS, Mercier P, Mattei TA. Stem cell therapy for degenerative disc disease: A systematic review of preclinical evidence, clinical translation, and future directions. N Am Spine Soc J. 2025 Dec 19;25:100841. 干细胞疗法治疗退行性椎间盘疾病：临床前证据、临床转化和未来方向的系统综述 背景： 退行性椎间盘疾病（DDD）是导致慢性下背痛和全球残疾的主要因素。现有疗法，从保守治疗到脊柱融合术，都无法逆转潜在的分子退变，留下了一个关键的治疗空白。鉴于其再生能力，干细胞疗法的出现可能成为填补这一治疗空白的理想解决方案。 方法： 这项符合PRISMA规范的系统综述通过检查临床前证据、临床转化和未来方向，评估了基于干细胞的椎间盘再生策略。在PubMed、Scopus、Web of Science及相关数据库（从2000年1月到2025年5月）进行检索，纳入了报告疼痛（视觉模拟评分）、功能（Oswestry残疾指数）和结构结果（MRI）的研究。 结果： 临床前模型一致显示出有意义的再生，包括椎间盘高度和细胞外基质的恢复。然而，临床证据有限：十三项低到中等质量的试验显示，疼痛和残疾有适度但具有统计学意义的改善，但没有令人信服的影像学证据证明生物修复。短期至中期安全性似乎可接受。 结论： 使用干细胞疗法治疗退行性椎间盘疾病受到椎间盘相对 hostile 和无血管微环境的限制。现有试验显示出显著的方法学弱点，这极大地影响了它们在日常临床实践中的应用。未来的进展可能将依赖于结合生物材料辅助的递送系统、无细胞外泌体方法、生物支架和基因编辑技术，旨在改造椎间盘微环境，而不仅仅是关注细胞替换。引言 退行性椎间盘疾病的病理生理级联反应 椎间盘退变是一个复杂且进行性的疾病过程，受许多遗传、机械和生物学因素的影响 [1,2]。它涉及一系列细胞和分子变化，导致椎间盘的结构和功能衰竭 [1,3]。该过程始于胶状髓核（NP），关键特征是蛋白聚糖，特别是聚集蛋白聚糖的严重丢失 [4,5]。聚集蛋白聚糖是一种大且带高电荷的蛋白聚糖，能将水分吸入椎间盘，产生抵抗轴向负荷所需的渗透压 [6,7]。随着聚集蛋白聚糖由于酶活性而降解和碎裂，椎间盘脱水，失去膨压和高度 [4,6]。 在退变过程中，细胞外基质（ECM）也经历显著的结构重塑。健康髓核（NP）中典型的柔性II型胶原逐渐被更硬、更纤维化的I型胶原所取代，降低了椎间盘的减震能力，并模糊了NP和纤维环（AF）之间的界限 [1,3,5]。这种降解发生在一个日益 hostile 的生物化学环境中，其特征是促炎细胞因子水平升高，如白介素-1（IL-1）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α），以及分解代谢酶，包括基质金属蛋白酶（MMPs）和ADAMTS（一种具有血小板反应蛋白基序的去整合素和金属蛋白酶）[1,5,6]。这些介质加速基质 breakdown，在某些情况下TNF-α水平增加高达2到6倍 [5]。 这种炎症环境，加上在大部分无血管的椎间盘内有限的营养供应，导致广泛的细胞衰老和凋亡 [3,8]。驻留的椎间盘细胞，即NP中的软骨样细胞和AF中的成纤维样细胞，负责维持基质稳态，其数量和功能下降，最终损害基质稳态 [5]。在晚期，高达50%的椎间盘细胞可能变得坏死 [5]。这种细胞种群的下降影响了椎间盘延迟持续降解的内在修复能力。这种基质丢失对脊柱生物力学产生深远影响，增加机械应力，进而促进进一步的细胞死亡和炎症，形成一个恶性循环，加速基质 breakdown [1]。这导致临床相关的椎间盘高度丢失、纤维环裂隙、膨出，以及最终核物质突出到椎管内，引起神经根压迫和相关的炎症改变 [4,6]。 最终，椎间盘退变是一个动态的疾病过程，似乎极难被中断，这突显了为什么传统治疗被证明是不充分的。 治疗的历史演变 退行性椎间盘疾病（DDD）治疗的历史演变突显了一个持续存在的治疗空白，这最终促使人们转向现代再生医学方法。从古代到现在，治疗模式已经从基本的症状管理发展到先进的外科干预，但它们始终未能解决病理过程的潜在生物学问题。早期的描述，包括在《艾德温·史密斯纸草文稿》（约公元前1550年）和希波克拉底的著作中，强调了对下背痛的姑息措施，如休息、牵引、热敷和按摩 [9,10]。当代的保守治疗仍然是首选方法，包括非甾体抗炎药（NSAIDs）、镇痛药和结构化的物理治疗 [5,11,12]。虽然这些策略可能成功缓解症状，但它们并不能改变疾病的潜在退变轨迹 [5]。 20世纪标志着晚期DDD管理的外科范式转变。早在19世纪，就已为创伤性损伤进行了早期的椎板切除术 [9,13]。现代椎间盘手术时代始于1908年Fedor Krause的开创性椎间盘切除术，以及最值得注意的是，1934年William Mixter和Joseph Barr的工作 [5,14]。他们在《新英格兰医学杂志》上的开创性出版物确立了突出椎间盘物质与坐骨神经痛临床综合征之间的明确联系，将神经根压迫确定为一种可手术治疗实体 [14,15]。这一发现开创了椎间盘切除术时代，后来发展为显微椎间盘切除术。在伴有节段不稳定的更晚期退变病例中，脊柱融合术（关节固定术）成为标准。最初在20世纪初发展，部分作为结核病继发脊柱畸形的治疗方法，融合术旨在通过椎体关节固定术消除受影响节段的运动来稳定脊柱 [16,17]。 虽然这些手术能有效缓解疼痛和改善神经功能缺损，但它们本质上是非修复性的。椎间盘切除术是消融性的，移除引起神经压迫的椎间盘碎片，而融合术提供机械稳定性。这两种方法都没有解决活椎间盘细胞的丢失、细胞外基质的降解或持续的炎症信号传导 [5,18]。这种无法逆转或阻止退变级联反应的能力定义了再生策略，特别是基于干细胞的疗法，试图克服的"治疗空白"。 通过互补的机制，椎间盘内间充质基质细胞（MSC）疗法对抗DDD的两个核心特征：细胞耗竭以及分解代谢和促炎微环境。注射后，MSCs可以在椎间盘的缺氧环境中存活，采用髓核样表型，并合成聚集蛋白聚糖和II型胶原，从而重建渗透压和水合作用。此外，其强大的旁分泌信号释放抗炎细胞因子（IL-10， TGF-β）和营养因子（IGF-1， GDF-5），抑制MMP/ADAMTS活性，抑制凋亡，并刺激残留的椎间盘细胞恢复细胞外基质产生。最后，最近的研究表明，MSC衍生的细胞外囊泡进一步调节先天免疫并阻断伤害性神经长入，从而放大镇痛效果。因此，大型动物研究和早期临床试验显示椎间盘高度部分恢复，同时疼痛和残疾显著、持续减少 [18]。 鉴于人们对再生医学和干细胞疗法使用的兴趣日益增加，本系统综述的目标是识别关于使用干细胞疗法治疗DDD的现有临床前和临床证据。方法 系统综述的理由和目标 历史及当前DDD治疗方法的深刻局限性突显了对能够针对疾病生物学起源的新型治疗策略的迫切需求。干细胞疗法已成为有望填补这一治疗空白的主要候选方案。本系统综述旨在严格评估和综合当前支持使用干细胞疗法进行椎间盘（IVD）再生的临床前和临床证据。主要目标使用人群、干预、对照、结局和研究设计（PICOS）框架定义： 人群 (P): 综述包括涉及 (1) 有症状腰椎DDD的人类受试者和 (2) 通过手术或化学方法诱导DDD的临床前动物模型的研究。 干预 (I): 关注的干预是椎间盘内施用干细胞，包括来自骨髓、脂肪组织或脐带的间充质干细胞（MSC）；诱导多能干细胞（iPSC）；以及相关的生物制剂，如干细胞衍生的外泌体。 对照 (C): 对照组包括安慰剂（例如，生理盐水注射）、无治疗或其他标准治疗或生物疗法（例如，透明质酸）。 结局 (O): 主要结局是： 临床： 主要终点包括疼痛减轻（最常通过视觉模拟评分（VAS）评估）和功能状态改善（通常通过Oswestry残疾指数（ODI）测量）。安全性结果报告为不良事件发生率。 影像学/生物学： 结构结果包括椎间盘高度指数（DHI）和T2加权MRI信号强度的变化。在动物模型中，额外的终点包括细胞外基质（ECM）恢复的组织学证据——特别是蛋白聚糖和II型胶原含量——以及细胞形态的保存。 研究设计 (S): 符合条件的研究设计包括临床前对照动物研究和所有人类临床试验，包括随机对照试验（RCT）和非随机前瞻性或回顾性研究。 本系统综述是根据系统综述和荟萃分析首选报告项目（PRISMA）2020声明进行和报告的 。 资格标准 研究选择以上述PICOS框架为指导。纳入标准如下：(1) 涉及椎间盘源性下背痛人类受试者或DDD动物模型的研究；(2) 椎间盘内施用干细胞疗法作为主要干预；(3) 存在对照组（例如，安慰剂、无治疗或替代疗法）；(4) 报告至少1项相关结局——临床（例如，视觉模拟评分[VAS]、Oswestry残疾指数[ODI]或安全性）或生物学（例如，基于MRI的指标、组织学发现）；(5) 以全文文章形式用英文发表。检索限制在2000年1月1日至2025年5月7日之间发表的研究。 排除标准为：(1) 病例报告、叙述性综述、致编辑的信和会议摘要；(2) 结局数据不完整或无法获取的研究；(3) 涉及目标节段既往接受过脊柱融合术的患者 [20]。 信息来源和检索策略 在多个电子数据库中进行了全面的文献检索，以识别相关的临床前和临床研究。数据库包括PubMed、MEDLINE（通过Ovid）、Google Scholar、Web of Science、Scopus、Embase、ScienceDirect和Cochrane对照试验中心注册库（CENTRAL）。检索策略整合了医学主题词（MeSH）和相关关键词，以最大化敏感性。一个代表性的PubMed检索字符串如下： ("Intervertebral Disc Degeneration"[Mesh] OR "Low Back Pain"[Mesh] OR "discogenic pain") AND ("Mesenchymal Stem Cell Transplantation"[Mesh] OR "Stem Cell Transplantation"[Mesh] OR "stem cells" OR "regenerative medicine" OR "progenitor cells") AND ("Animals"[Mesh] OR "Clinical Trial"). 此外，对所有纳入研究和相关综述文章的参考文献列表进行了手动筛选，以捕捉任何通过数据库检索未识别到的研究。 研究选择 研究选择由独立评审员分两个阶段进行。在初始阶段，对所有检索到的记录进行标题和摘要筛选，以排除明显不符合纳入标准的研究。在第二阶段，根据预定义的PICOS框架对剩余记录的全文进行审查，以最终确定是否符合条件。评审员之间在任何阶段的分歧通过共识解决，必要时由第三位高级评审员裁决。 数据提取 使用在Microsoft Excel中开发的标准化数据提取表，系统地从每个纳入的研究中收集相关信息。两名评审员独立提取数据，任何分歧通过共识解决。提取了以下数据项： 研究标识符： 第一作者和发表年份。 研究特征： 研究设计（例如，RCT、队列研究、动物模型）和来源国。 人群： 样本量、物种（针对动物研究）、诊断（例如，慢性椎间盘源性LBP、Pfirrmann分级）、年龄和性别。 干预： 细胞类型（例如，自体或异体、骨髓来源MSC、脂肪来源MSC）、细胞剂量和递送方法（例如，直接注射、水凝胶载体）。 对照： 对照组干预的详细信息（例如，生理盐水、透明质酸、假手术）。 随访： 随访期的持续时间。 结局： VAS、ODI、MRI T2信号、DHI、组织学评分和报告的不良事件的基线和随访数据。 偏倚风险评估 两名评审员独立评估了每个纳入研究的方法学质量和偏倚风险。随机对照试验使用Cochrane偏倚风险2（RoB 2）工具进行评估，而非随机临床研究使用非随机干预研究中的偏倚风险（ROBINS-I）工具进行评估。对于临床前动物研究，采用了专门为动物研究设计的SYRCLE偏倚风险工具。分歧通过讨论和共识解决，必要时征求第三位评审员的意见。这些评估为证据的总体强度和可靠性评价提供了信息。结果 研究选择 在8个电子数据库中的系统检索识别出3,845条记录。去除1,210条重复记录后，剩余2,635条独特记录进行标题和摘要筛选。其中，根据预定义的纳入标准，2,540条因不相关而被排除。剩余95篇文章的全文被详细审查。64项研究因以下原因被排除：23篇是综述文章或病例报告，18篇缺乏适当的对照组，15篇结局数据不完整，8篇非英文发表。最终，31项研究符合纳入标准并被纳入本系统综述，包括18项临床前动物研究和13项人类临床研究。两名评审员在标题和摘要筛选阶段的评审者间一致性为82%，在全文评估阶段升至99%；任何分歧由未参与初始筛选的第三位作者裁决。研究选择过程在PRISMA 2020流程图（图1）中描绘。 纳入研究的特征 13项纳入的临床研究发表于2011年至2025年间，共招募了1,299名患者。研究设计包括5项随机对照试验和8项前瞻性或回顾性队列或初步研究。最常见的诊断是至少6个月保守治疗无效的慢性椎间盘源性下背痛，伴有椎间盘退变（通常分类为Pfirrmann III-V级）。干预措施异质性很大，采用自体或异体间充质干细胞（MSC），来源于骨髓（BM-MSCs）、脂肪组织（ASCs）或脐带组织（UCMSCs）。施用的细胞剂量范围为每个椎间盘 2×1062×106 到 4×1074×107 个细胞。随访持续时间从12个月到6年不等。各研究的主要结局一致地包括通过VAS测量的疼痛和通过ODI测量的功能障碍。纳入的临床研究的详细特征总结在表1中。 偏倚风险评估 纳入的临床研究的总体方法学质量为低至中等。在5项RCT中，只有3项被评估为使用RoB 2工具具有低偏倚风险。 图1. PRISMA 2020 研究选择流程图。 常见的缺陷包括随机化或分配隐藏程序不充分、缺乏参与者或人员盲法（实施偏倚）以及结局报告不完整（磨损偏倚）。所有8项非随机研究使用ROBINS-I工具被评定为具有中度至重度偏倚风险，主要是由于未控制的混杂因素和选择偏倚。 临床前证据同样有限。使用SYRCLE工具，只有4项动物研究（22%22%）记录了随机分组，并且没有一项描述研究者或结局评估者的盲法，这些情况增加了实施偏倚和检测偏倚，可能夸大了治疗效果。 总的来说，这些方法学上的缺陷削弱了所报告获益的可信度，并强调需要进行设计严谨、效能足够的试验，以阐明基于干细胞的干预对DDD的真实治疗价值。 疗效和安全性综合 临床前疗效临床前证据为MSCs在DDD中的再生潜力提供了 robust 的概念验证。在各种动物模型中——从小型啮齿动物到大型哺乳动物如羊——单次椎间盘内注射MSCs一致地减缓，并在某些情况下部分逆转了退变过程 [5,22]。报告的关键结局包括椎间盘高度恢复、MRI扫描上T2加权信号改善（更亮）表明椎间盘再水合，以及详细的组织学确认ECM产生增强，特别是蛋白聚糖和II型胶原 [23,24]。提出了两种主要机制：(1) 移植的MSCs分化为软骨样细胞，分泌新的基质；(2) 旁分泌调节， whereby MSCs释放合成代谢因子（如TGF-β）和抗炎细胞因子，刺激剩余的天然椎间盘细胞并减轻退变微环境 [5,25,26]。 临床转化与在临床前模型中观察到的 robust 再生效应形成鲜明对比的是，干细胞疗法治疗人类DDD的临床证据要有限得多。人类试验的疗效主要通过患者报告结局指标（PROM）评估，以疼痛（VAS）和功能障碍（ODI）作为主要终点。几项纳入的试验显示，与基线或对照组相比，在6、12和24个月的随访中，VAS和ODI有统计学上显著的改善 [20,22,27-29]。此外，1项荟萃分析报告MSC治疗组VAS平均降低41.62分 [22]，而另一组研究发现在7项研究中ODI有显著改善 [30]。 然而，这些变化的临床意义通常不明确，并且结果并不一致地积极。 表1纳入的关于干细胞疗法治疗IVD退变的临床研究特征 第一作者 研究设计 患者人群 (n， 诊断) 干预 (细胞类型， 剂量， 递送方式) 对照 随访 关键结局 (VAS， ODI) Orozco 等 [31] 初步研究 n=10; 慢性LBP， 腰椎DDD (完整AF) 自体扩增BM-MSCs； 剂量未指定； 椎间盘内注射 无 (单臂) 12个月 VAS和ODI显著改善（3个月时达到最大改善的85%）。 Elabd 等 [36] 病例系列 n=5; 慢性LBP， DDD 自体低氧培养BM-MSCs； 151-5160万细胞； 椎间盘内注射 无 (单臂) 4-6年 无不良事件；自我报告的力量和活动能力总体改善。 Noriega 等 [32] RCT n=24; 慢性LBP， 单节段DDD 异体BM-MSCs； 25×10⁶细胞； 椎间盘内注射 椎旁肌肉麻醉剂假性浸润 12个月 与对照组相比， 功能指数显著改善。 Pettine 等 [33] 前瞻性病例系列 n=26; 慢性LBP， DDD (Pfirrmann IV-VII) 自体骨髓浓缩物 (BMC)； 2mL； 椎间盘内注射 无 (单臂) 36个月 VAS和ODI较基线显著改善（分别为82.1至21.9和56.7至17.5）。 Kumar 等 [37] I期试验 n=10; 慢性椎间盘源性LBP (>3个月) 自体AT-MSCs + HA； 低剂量 (2×10⁷) 或高剂量 (4×10⁷)； 椎间盘内注射 无 (单臂) 12个月 两个剂量组的VAS和ODI均显著改善。 Centeno 等 [38] 前瞻性注册研究 n=33; LBP伴椎间盘退变和后部椎间盘突出 自体AT-MSCs。 剂量未指定； 椎间盘内注射 无 (单臂) 72个月 数字疼痛评分 (NPS) 和功能评定量表 (FRI) 显著改善 Centeno 等 [39] 回顾性病例系列 n=470; 腰椎根性疼痛 自体血小板裂解液； 剂量未指定； 硬膜外注射 无 (单臂) 24个月 NPS和FRI显著改善。 Akeda 等 [40] 前瞻性病例系列 n=14; 慢性LBP超过3个月， 1个或多个DDD。 至少1个有症状椎间盘， 经椎间盘造影确认 从凝结的PRP中分离出的PRP释放物， 注入髓核中心。 无 (单臂) 12个月 治疗前疼痛评分（VAS， 7.5±1.3； RDQ， 12.6±4.1）在1个月时下降， 并基本维持（治疗后6个月： VAS， 3.2±2.4， RDQ； 3.6±4.5； 12个月： VAS， 2.9±2.8； RDQ， 2.8±3.9； p<0.01） Pettine 等 [33] 前瞻性病例系列 n=26; 椎间盘源性LBP 自体BMC注入髓核中心。 无 (单臂) 24个月 92%在12个月内避免了手术， 21例（81%）在2年内避免了手术。 在这21例患者中， 平均ODI和VAS评分在3个月时分别降至19.9和27.0， 在24个月时分别降至18.3和22.9 (p≤0.001)。 20例患者在12个月时进行了随访MRI， 其中8例Pfirrmann分级至少改善1级， 而没有椎间盘恶化。 Amirdelfan K 等 [41] RCT， 多中心， 13个临床点 n=100; 慢性LBP， L1至S1单个节段中度DDD。 按3.3:2:2比例接受6百万MPC+HA、 18百万MPC+HA、 HA载体对照或生理盐水对照（安慰剂）治疗。 生理盐水或HA载体 36个月 VAS和ODI评分显著改善。 Beall DP 等 [34] RCT， 多中心， 49个临床点 n=404; 慢性LBP， L1至S1单个节段中度DDD。 异体MPCs ± HA； 6×10⁶ 或 18×10⁶； 椎间盘内注射 生理盐水或HA载体 36个月 MPC+HA治疗组显示CLBP显著减少， 生活质量 (QOL) 改善更大 Pers YM 等 [42] RCT n=114; 慢性LBP， 单节段DDD 异体BM-MSCs； 2千万细胞； 椎间盘内注射 假注射 12个月 VAS/ODI改善未达主要终点。 手术安全。 在第13周显著改善了根性腿痛， 并且在LDH患者中总体耐受性良好。 Kim KD 等 [43] 单臂研究 n=352; 后外侧LDH和单侧根性痛/根性腿痛超过6周。 单次剂量注射SI-6603 (condolise) 对比假注射 假注射 13个月 LBP， 下背痛； DDD， 退行性椎间盘疾病； AF， 纤维环； BM-MSC， 骨髓来源间充质干细胞； AT-MSC， 脂肪组织来源间充质干细胞； hUMSC， 人脐带MSC； HA， 透明质酸； BMC， 骨髓浓缩物； MPC， 间充质前体细胞； VAS， 视觉模拟评分； ODI， oswestry残疾指数； RCT， 随机对照试验。 等人 [34] 的研究纳入了404名患者，未能达到其总体治疗成功的主要复合终点，尽管确实显示在预设的病程较短的患者亚组中LBP显著降低。这强调了该领域的一个关键挑战：虽然有治疗获益的证据，但效果通常是适度的，并且可能局限于特定的患者群体。最关键的是，目前缺乏人类椎间盘真正生物再生的证据。与在动物研究中观察到的一致影像学和组织学改善不同，大多数临床试验未能证明椎间盘高度或水合作用的显著或持续增加 [31]。虽然一些研究报告了一部分患者的Pfirrmann分级有所改善，但这些发现并不一致，且远未达到临床前模型中看到的结构性恢复 [32,33]。 安全性现有的临床数据表明，干细胞疗法治疗DDD具有有利的短期至中期安全性。在13项纳入的临床试验中，没有报告肿瘤形成或其他直接归因于细胞疗法本身的严重不良事件 [31,33,34]。最常报告的不良事件是短暂、轻度至中度的背痛和注射部位的肌肉骨骼疼痛，通常通过保守治疗得以解决 [34]。 ===== 页 6 ===== 表2关于干细胞疗法治疗IVD再生的关键临床前动物研究总结 第一作者 年份 动物模型 退变诱导方法 干预 (细胞类型， 递送方式) 关键发现 (组织学， MRI， 生物力学) Sakai 等 [44] 兔 NP抽吸 负载于去端肽胶原凝胶的自体BM-MSCs 组织学： MSCs分化为表达COL2、KS的软骨样细胞。 Crevensten 等 [45] 大鼠 (尾椎) 正常椎间盘 (无诱导) 负载于透明质酸凝胶的异体BM-MSCs 组织学： 异体MSCs在NP中至少存活4周。 Zhang 等 [46] 兔 未指定 BM-MSCs 组织学： 治疗椎间盘内蛋白聚糖含量增加。 Chun 等 [47] 兔 诱导退变 MSC疗法 发现： 治疗可能在退变后期更有效。 Sakai 等 [23] 兔 NP抽吸 负载于去端肽胶原凝胶的自体BM-MSCs MRI： 椎间盘高度和水合作用 (T2信号) 部分恢复。 Nishimura & Mochida [48] 大鼠 未指定 自体NP细胞 MRI： 减缓椎间盘退变， 保存椎间盘高度和水合作用。 Hiyama 等 [49] 犬 椎间盘退变模型 MSCs 发现： 证明MSCs在较大动物模型中的潜力。 Henriksson 等 [50] 猪 (异种) 未指定 人BM-MSCs 组织学： 移植的人MSCs在猪IVD中存活。 Fan 等 [51] 小鼠 椎间盘退变模型 靶向Cmb1的AAV-CRISPR/Cas9 组织学： β-catenin耗竭保留了IVD结构并减少了MMP13/ADAMTS5。 Zhang 等 [52] 大鼠 尾部穿刺 过表达ZNF865的人ASCs MRI/DHI： 椎间盘高度和蛋白聚糖含量增加。 Zheng 等 [53] 大鼠 椎间盘退变模型 靶向Nt1的CRISPR-Cas9 结果： 观察到疼痛缓解。 Wei 等 [54] 小鼠 基因敲除 Chy3 敲除 组织学： 加速退变， 强调Chy3作为潜在靶点。 Stover 等 [55] 大鼠 退变IVD条件培养基 靶向AKAP150的dcas9-KRAB 结果： 消除了伤害性神经元活动。 Cambria 等 [56] 大鼠 拉伸刺激 CRISPR-Cas9 敲除 TRPV4 结果： 逆转了炎性细胞因子IL-6和IL-8的上调。 Yim 等 [22] 兔 穿刺， 抽吸 BM-MSCs， AT-MSCs MRI/DHI： 一致证明椎间盘间隙高度增加。 Shu 等 [27] 羊 环形损伤模型的椎间盘退变 MSCs。 组织学： MSCs诱导椎间盘病理学的强烈恢复， 在3个月的恢复期内累积组织病理学退变评分降低， 但注射载体的椎间盘未见恢复。 Miyamoto 等 [57] 兔 使用甲苯胺蓝和H&E染色评估细胞形态：(i) 椎间盘结构/损伤形态；(ii) 蛋白聚糖耗竭；(iii) 细胞形态；(iv) 血管向内生长；(v) 细胞浸润损伤；(vi) 囊性变/软骨样化生。 检查了三个研究组：5×5mm损伤；6×20mm损伤；以及6×20mm损伤加间充质干细胞（MSC）治疗。 Ishiguro 等 [58] 大鼠 穿刺， 抽吸 ASD-TEC 发现： 剩余的髓核细胞合成II型胶原， 并抑制降解酶和炎性细胞因子的表达， 维持椎间盘结构。 Ishiguro 等 [58] 大鼠 将ADSC-TEC植入大鼠全髓核切除椎间盘空间 ADSC-TEC 发现： 将ADSC-TEC植入IVDs可保留椎间盘高度、终板和纤维环结构， 并在术后6周表现出与假手术组相似的生物力学特性。 该结构维持至6个月。 NP， 髓核； BM-MSC， 骨髓来源间充质干细胞； AT-MSC， 脂肪组织来源间充质干细胞； COL2， II型胶原； KS， 角质硫酸盐； DHI， 椎间盘高度指数； AAV， 腺相关病毒。 一种罕见但严重的并发症是术后椎间盘炎（椎间盘感染），在个别病例中有报告，其发生率与其他椎间盘内手术（如椎间盘造影）相当。虽然异体细胞的免疫反应风险仍是一个理论上的担忧，但在使用异体MSCs的试验中未报告临床显著的免疫反应——这可能归因于MSCs固有的免疫调节特性和椎间盘相对的免疫豁免。讨论 干细胞疗法的治疗潜力和转化障碍本系统综述突显了干细胞疗法用于椎间盘再生的巨大潜力和显著的转化障碍。主要发现是临床前动物研究中一致的再生效应与人类试验中观察到的有限且常常不确定的结果之间存在明显脱节。动物模型已经可靠地证明，间充质干细胞（MSC）可以在椎间盘空间内存活，分化为产生基质的细胞，并发挥旁分泌作用，促进结构和功能恢复 。这些发现确立了 生物学概念验证，并为临床转化产生了巨大动力。 然而，人类临床数据呈现出一个更为温和的现实。虽然该疗法在短期至中期似乎是安全的，耐受性良好，并且为一些患者提供了统计学上显著的疼痛和残疾减轻，但这些改善通常是适度的，临床意义不确定 [28,30]。更关键的是，在动物身上观察到的再生的影像学标志——例如恢复椎间盘高度和水合作用——在人类中尚未得到一致复制 [31]。这种转化差距强调了人类DDD的复杂性，以及当前临床前模型在完全捕捉其病理生理学方面的局限性。因此，该领域的现状是一种谨慎乐观：干细胞疗法对特定DDD患者显示出一些希望，作为一种安全且可能有益的干预措施，但它尚未实现为更广泛的DDD人群真正改变疾病的目标。 转化研究：临床前模型在人类椎间盘修复中的局限性 临床前疗效与临床研究结果之间的脱节可归因于几个根本性挑战，这些挑战将人类DDD与实验动物模型区分开来。最大的障碍是退变的人类椎间盘内 profoundly hostile 的微环境——无血管、缺氧、酸性、高渗，并持续承受机械负荷 [5,24]。这种环境不利于移植细胞，导致存活率低、植入有限和再生功能受损。相当一部分移植细胞可能在注射后不久发生凋亡，限制了它们的治疗窗口以及直接产生基质和持续旁分泌信号的潜力 [59,60]。 这种转化差距的另一个关键原因是常用动物模型与人类之间的物种尺度不匹配 [59,60]。临床前研究通常在小型动物中进行——如大鼠或兔子——它们的椎间盘在结构和生物学上与成人不同 [59]。这些动物拥有小型椎间盘，营养扩散距离较短，使得营养挑战远没有那么严重。此外，许多这些物种在成年期仍保留再生的脊索细胞，而这种细胞类型在人类出生后不久就消失了 [59]。此外，细胞代谢、基质合成速率和机械负荷环境也根本不同。因此，这些动物模型虽然对初步概念验证有价值，但很难复制人类椎间盘退变的慢性、无血管和生物力学复杂的特性。大型动物模型，如绵羊或山羊，提供了更具代表性的平台，并且作为临床转化之前的关键中间步骤是必不可少的 [59]。 其他转化障碍包括与注射过程相关的技术问题（尤其是细胞渗漏）和患者选择。退变的椎间盘通常结构受损，有裂隙和撕裂。这可能导致注射的细胞从椎间盘空间渗漏到周围的硬膜外区域，这与不良反应如骨赘形成和继发性神经压迫有关 [5]。此外，准确的患者选择仍然是一个主要限制。众所周知，椎间盘退变的影像学证据与下背痛临床症状之间的相关性充其量是不一致的 [5]。许多具有严重影像学退变的个体是无症状的，而其他仅有轻微改变的人却经历着 debilitating 的疼痛 [5]。这使得很难确定哪些患者的疼痛是真正的"椎间盘源性"，因此最有可能从针对DDD的生物学靶向治疗中获益。大多数临床试验包括患有慢性下背痛和Pfirrmann III-V级的患者，但如果没有精确的表型分析，治疗信号可能会被其他常见的非椎间盘源性疼痛来源（如小关节病或肌筋膜功能障碍）所掩盖。 局限性关于当前干细胞疗法治疗DDD的文献，有几个局限性值得考虑。首先，尽管采用了详尽的检索策略，但不能排除发表偏倚；报告阳性结果的研究比那些阴性或无效结果的研究更有可能出现在文献中。其次，研究人群、干细胞来源、给药方案和结局测量指标的显著异质性妨碍了对大多数终点进行正式的荟萃分析，因此我们主要侧重于提供定性综合。第三，将纳入限制为英文发表物可能遗漏了以其他语言发表的相关研究。最后，偏倚风险评估显示大多数纳入研究存在显著的方法学缺陷，从而削弱了我们结论的可信度和普遍性。结论 用于椎间盘再生的干细胞疗法代表了一种从姑息性和外科干预转向生物学修复方法的范式转变。本系统综述表明，虽然该领域建立在显示明确再生潜力的强健临床前证据基础之上，但其向临床实践的转化仍处于起步阶段。目前来自临床研究的证据，源于少数方法学上有缺陷的试验，表明椎间盘内干细胞注射在短期至中期是安全的，并能提供疼痛和功能的适度改善，但尚未被证明是一种真正的能够 robust 地再生退变人类椎间盘的疾病修饰疗法。 临床前有希望的结果与临床研究不确定结果之间的显著脱节突显了退变人类IVD中 hostile 微环境带来的 formidable 挑战，以及现有动物模型的固有限制。该领域的未来将取决于克服这些障碍。研究轨迹显然正朝着更高的生物学和工程学复杂性发展，专注于能够在椎间盘内为细胞再生改造更具支持性的微环境的策略。 IVD再生的最终成功可能不依赖于单一的"银弹"，而在于多种疗法的整合。可以设想这样一个未来：患者来源的iPSC经过CRISPR基因工程改造，增强其合成代谢输出和对炎症的抵抗力，然后将其负载在定制设计的、机械支撑的水凝胶支架内递送到椎间盘空间中，该支架还载有营养释放微球和抗炎外泌体。虽然这一愿景尚显遥远，但它代表了本综述中概述的研究趋势的逻辑终点。 实现这一未来将需要来自设计良好、多中心、随机对照试验的更强健证据，并进行长期随访和采用严谨的方法。只有这样，再生医学的治疗前景才能被完全验证为慢性下背痛和DDD患者治疗空白的可行解决方案。