神經(jīng)干細胞移植治療帕金森病的研究進展

張 磊，陳 墅，檀 琳(綜述)，陳良為(審校)

(第四軍醫(yī)大學1口腔醫(yī)學系學員十一隊，2基礎部神經(jīng)生物學教研室，西安710032)

帕金森病(Parkinson Disease，PD)是人類常見的神經(jīng)退行性疾病之一，其發(fā)生與多巴胺、蛋白質二硫鍵異構酶、Parkin基因、PINK1基因和突觸核蛋白等有關［1］。病理變化較為明確的表現(xiàn)是殘存神經(jīng)元細胞內Lewy小體形成、膠質增生以及黑質、蒼白球區(qū)的多巴胺能神經(jīng)元的變性、缺失，導致腦內多巴胺能神經(jīng)遞質相對減少［2］。其臨床主要表現(xiàn)為靜止性震顫、肌肉僵直、運動障礙、特殊姿勢等，同時伴有大量的精神癥狀，如抑郁、淡漠、焦慮、幻想、妄想、癡呆等。目前PD無明確的治療方法，主要有藥物治療、外科手術治療、神經(jīng)干細胞(neural stem cells，NSCs)移植治療三種方法。其中NSCs移植治療PD具有廣泛的應用前景。

1 PD的治療現(xiàn)狀

藥物治療是PD治療的一種重要方法。PD治療的藥物至今已經(jīng)發(fā)展到了第四代，有抗膽堿能藥、抗組胺藥、左旋多巴類藥、多巴胺受體激動劑、單胺氧化酶B抑制劑、兒茶酚胺氧位甲基轉移酶抑制劑等［3］，但目前治療PD最有效的方法依舊是左旋多巴的替代治療。左旋多巴治療PD可使得患者的生活質量明顯改善、壽命延長、降低病死率，但其在治療過程中會出現(xiàn)嚴重的不良反應。目前國外學者主要把治療PD藥物的不良反應分為兩類:①Ⅰ型不良反應。這類不良反應的出現(xiàn)可以用藥物的藥理學特性解釋，臨床醫(yī)師是可預測的。出現(xiàn)頻率高，有劑量依賴性，通常無致死性。如左旋多巴在外周引起的惡心、嘔吐、腹痛、厭食及心率失常等癥狀，在中樞引起的幻視和癥狀波動以及異動癥等。它們通常與左旋多巴在消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的過度作用有關。②Ⅱ型不良反應。這類不良反應發(fā)生機制與藥物的藥理作用無關，通常也不可預測，如兒茶酚鄰位甲基轉移酶抑制劑引起的腹瀉和肝毒性，麥角堿類多巴胺受體激動劑引起的脫發(fā)、胸腹膜纖維化、紅斑性肢痛癥等［4］。

目前外科治療PD的方法主要有兩種:腦內核團毀損術和腦深部電刺激術。近年，腦深部電刺激因其微侵襲性、可調節(jié)性、可逆性、療效持久等優(yōu)點已逐漸替代了毀損術。腦深部電刺激是采用立體定向手術將微電極植入患者的腦內靶點，并采用高頻電刺激改變相應核團興奮性，從而改善PD癥狀的一種微創(chuàng)神經(jīng)外科手術方法［5］。但是，腦深部電刺激治療PD易出現(xiàn)并發(fā)癥，易出現(xiàn)術中并發(fā)癥，主要可表現(xiàn)為顱內出血和(或)感染。刺激相關并發(fā)癥，可出現(xiàn)肌肉收縮、眼球運動障礙、感覺障礙、肢體麻木等。此外，當腦深部電刺激設備出現(xiàn)問題時亦可出現(xiàn)相關并發(fā)癥。

2 NSCs移植治療PD

近年來，研究發(fā)現(xiàn)哺乳動物中樞神經(jīng)細胞并非不可再生，如NSCs常處于靜止狀態(tài)，只有在損傷后才受到刺激活躍增生，多數(shù)情況下，這些細胞都會向星形膠質細胞的方向分化，參與局部的瘢痕形成［6］。隨著NSCs鑒定、誘導、遷移、整合等技術的成熟，NSCs替代治療PD等神經(jīng)變性疾病成為可能，極具發(fā)展前景和應用價值。

2.1 NSCs 是指具有自我更新能力，多向分化潛能力，并具有提供一定量腦組織能力的一組細胞群，在一定條件下可分化為神經(jīng)元、少突膠質細胞和星形膠質細胞。成人的NSCs主要存在于海馬齒狀回下分子層和前腦的室管膜下區(qū)、紋狀體、嗅球是NSCs發(fā)生的主要區(qū)域。在我國用于移植治療PD的NSCs主要是從患癲癇、腦瘤或創(chuàng)傷的患者外科手術時切除的部分腦組織中分離獲得的，然后再通過不同的外科技術來加以分離［7］。NSCs的特點:①回歸特性。在NSCs移植過程中，它有向著其起源部位，或功能及解剖區(qū)域的特殊趨化作用，有助于移植后的替代作用。②平均遷移性。NSCs移植后，逐漸向密度較小的區(qū)域遷移，有助于移植后作用的發(fā)揮。③增殖分化性。NSCs后在適當?shù)奈h(huán)境下，可以增殖分化為特定細胞，包括神經(jīng)系統(tǒng)三類主要細胞——神經(jīng)元、星形膠質細胞和少突膠質細胞，能為中樞神經(jīng)移植提供大量的細胞供體源［8］。

2.2 NSCs的移植策略 PD的主要病理過程為黑質-紋狀體內的多巴胺能神經(jīng)元變性，進而導致多巴胺遞質分泌減少。在20世紀中期，Lindvall等［9］首次將含多巴胺能神經(jīng)元的胚胎腦組織移植入PD患者的紋狀體，替代退變的黑質多巴胺能神經(jīng)元，結果發(fā)現(xiàn)能部分改善患者的臨床癥狀，之后利用NSCs治療PD的研究便逐漸興起。目前，NSCs治療PD的策略主要由以下三種。

2.2.1 NSCs在體外分離培養(yǎng)后直接移植 在體外分離培養(yǎng)NSCs之后，直接移植到紋狀體，并在特定的環(huán)境信號、細胞因子等的共同作用下誘導成為黑質多巴胺能神經(jīng)元。鄭敏等［10］通過體外單克隆法培養(yǎng)分離NSCs，利用免疫細胞化學檢測多向分化潛能及特異性標記巢蛋白。并將脒基苯基吲哚標記的NSC植入建立的PD大鼠模型中，檢測6-羥基多巴胺誘發(fā)的旋轉行為、熒光檢測標記細胞的分布情況，免疫細胞化學和高效液相色譜檢測細胞分化和神經(jīng)遞質水平，結果顯示NSCs在腦內遷移，并在紋狀體內形成少量酪氨酸羥化酶陽性細胞。植入后紋狀體內多巴胺及其代謝產(chǎn)物水平上升，說明NSCs在體外大量擴增后植入PD腦內能長期存活并分化、分泌神經(jīng)遞質，從而部分改善PD癥狀。

2.2.2 NSCs在體外培養(yǎng)誘導后移植 NSCs體外培養(yǎng)、增殖、誘導分化為特定的黑質多巴胺能神經(jīng)細胞或黑質多巴胺能神經(jīng)前體細胞，再進行移植［11］。NSCs在增殖時形成表達中樞神經(jīng)系統(tǒng)祖細胞標記免疫活性的細胞球。在包含有白細胞介素1b、白細胞介素11和膠質源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等分化介質中可形成酪氨酸羥化酶免疫活性的細胞，這些細胞表現(xiàn)為多巴胺能神經(jīng)元的形態(tài)學和功能的特性，包括多巴胺的產(chǎn)生和釋放［12］。有研究者利用體外培養(yǎng)將NSCs大量增殖，并將其誘導分化為多巴胺能神經(jīng)元，然后將其植入PD模型大鼠模型中，結果發(fā)現(xiàn)PD大鼠的運動功能明顯改善。

2.2.3 NSCs移植聯(lián)合基因治療策略 酪氨酸羥化酶基因、孤兒核受體基因、腫瘤抑癌基因、膠質源性神經(jīng)營養(yǎng)因子基因等修飾NSCs移植治療PD是近年來興起的熱點，而酪氨酸羥化酶是多巴胺合成的限速酶，是PD基因治療最早選擇的目的基因。Ryu等［13］將酪氨酸羥化酶、鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶1聯(lián)合基因修飾的C17.2系NSCs移植到PD鼠模型紋狀體中，發(fā)現(xiàn)NSCs能夠很好地存活、遷移和分化，并能明顯地改善動物行為。徐勝利等［14］將人膠質細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因轉染的大鼠NSCs移植于PD模型大鼠模型中，發(fā)現(xiàn)膠質源性神經(jīng)營養(yǎng)因子基因修飾NSCs移植能有效改善損傷黑質-紋狀體的多巴胺系統(tǒng)功能。Huot等［15］用孤兒核受體轉染NSCs后能夠很好地分化為多巴胺能神經(jīng)元，存活一段時間后，整合到帕金森小鼠的紋狀體內，并且能夠很好地逆轉小鼠動作的缺陷。

2.3 促進內源性多巴胺能神經(jīng)發(fā)生 離體NSCs的增殖和分化受到多種神經(jīng)營養(yǎng)因子的影響，如成纖維生長因子、表皮生長因子。在這些因子的作用下，NSCs能夠分化為神經(jīng)元或者是膠質細胞，可激活內源性NSCs遷移到紋狀體。利用存在于成年哺乳動物腦內存在的NSCs，刺激它們在腦內增殖、遷移，并建立適宜的微環(huán)境，使之最終分化為黑質多巴胺能神經(jīng)元，并與周圍的突觸建立聯(lián)系［16］。

2.4 NSCs治療PD面臨的臨床問題 成功的NSCs移植治療PD的方法要想成功必須解決以下幾個問題:①移植后的細胞在宿主組織中長期存活問題。②移植后細胞能夠定向分化為成熟的多巴胺能神經(jīng)元，并且具有成熟多巴胺能神經(jīng)元的分子學和組織學的特性［17］。③移植后細胞能夠釋放規(guī)定種類的多巴胺。④能夠長期逆轉PD患者的動作缺陷。⑤最小程度的不良反應，如異動癥。⑥最大程度地減少腫瘤的形成。在動物模型研究報道中，NSCs的分化中多巴胺能神經(jīng)元較為缺乏，而有相當一部分NSCs分化為腫瘤細胞，這對于多巴胺能神經(jīng)元缺乏的PD的治療來說十分不利［18］。

4 結語

隨著分子生物學技術等的快速發(fā)展以及PD研究的不斷深入，NSCs移植治療PD在不遠的將來一定能夠取得重大的發(fā)展和突破。2006年，Takahashi等［19］通過反轉錄病毒將 Oct4、Sox2、Klf4 和 c-Myc導入小鼠胚胎成纖維細胞，篩選出了與小鼠胚胎干細胞非常相似的細胞系，并將其命名為誘導多功能干細胞。2007年Takahashi等［20］利用相同的技術獲得了人類誘導多功能干細胞。Soldner等［21］研究小組利用慢病毒將Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc插入基因組中，成功誘導帕金森綜合征患者皮膚成纖維細胞轉化為誘導多功能干細胞，并將其誘導分化成為多巴胺能神經(jīng)元細胞，取得了重大突破。如果能將誘導多功能干細胞研究中的相關技術應用到NSCs研究中去，可能會取得很好的效果。

［1］Arias-Carrión O，Yuan TF.Autologous neural stem cell transplantation:a new treatment option for Parkinson's disease?［J］.Med Hypotheses，2009，73(5):757-759.

［2］Lim KL.Ubiquitin-proteasome system dysfunction in Parkinson's disease:current evidence and controversies［J］.Expert Revproteomics，2007，4(6):769-780.

［3］Hagell P，Cenci MA.Dyskinesias and dopamine cell replacement in Parkinson's disease:a clinical perspective［J］.Brain Res Bull，2005，68(1/2):4-15.

［4］陳生弟，王剛.帕金森病藥物治療的現(xiàn)狀與展望［J］.中華神經(jīng)科雜志，2008，41(3):206-209.

［5］Blomstedt P，Hariz MI.Hardware-related complications of deep brain stimulation:a ten year experience［J］.Acta Neurochir(Wien)，2005，147(10):1061-1064.

［6］Revishchin AV，Korochkin LI，Korochkin VE，et al.Neural stem cells in the mammalian brain［J］.Int Rev Cytol，2008，265:55-109.

［7］Luo Y，Kuang SY，Hoffer B.How useful are stem cells in PD therapy?［J］.Parkinsonism Relat Disord，2009，1(Suppl 3):171-175.

［8］Meyer AK，Maisel M，Hermann A，et al.Restorative approaches in Parkinson's disease:which cell type wins the race?［J］.J Neurolo Sci，2010，289(1/2):93-103.

［9］Lindvall O，Rehncrona S，Brnndin P，et al.Human fetal dopamine neurons grafted into the striatum in two patients with severe Parkinsong'disease.A detailed account of methodology and a 6-month follow-up［J］.Arch Neurol，1989，46(6):615-631.

［10］鄭敏，王亞平，裴雪濤.神經(jīng)干細胞移植對帕金森病模型大鼠的治療作用［J］.基礎醫(yī)學與臨床，2007，27(8):841-845.

［11］Rosser AE，Zietlow R，Dunnett SB.Stem celI transplantation for neurodegenerative diseases［J］.Curr Opin NeuroI，2007，20(6):688-692.

［12］Park CH，Minn YK，Lee JY，et al.In vitro and in vivo analyses of human embryonic stem cell-derived dopamine neurons［J］.J neurochem，2005，92(5):1265-1276.

［13］Ryu MY，Lee MA，Ahn YH，et al.Brain transplantation of neural stem cells transduced with tyrosine hydroxylase and GTP cyclohydrolae 1 in Parkinsonian rats［J］.Cell Transplant，2005，14(4):193-202.

［14］徐勝利，周明，陳彪.神經(jīng)營養(yǎng)因子基因修飾的神經(jīng)干細胞在帕金森病大鼠模型中的治療作用［J］.中華老年醫(yī)學雜，2010，29(1):58-62.

［15］Huot P，Parent A.Dopaminergic neurons intrinsic to the striatum［J］.Neurochem，2007，101(6):1441-1447.

［16］Li J，Imitola J，Snyder EY，et al.Neural stem cells rescue nervous purkinje neurons by restoring molecular homeostasis of tissue plasminogen activator and downstream targets［J］.J Neurosci，2006，26(30):7839-7848.

［17］Hyun-Jung K.Stem cell potential in Parkinson's disease and molecular factors for the generation of dopamine neurons［J］.Biochimica et Biophysica Acta，2010，1812(4):1-11.

［18］Andersson E，Tryggvason U，Ericson J，et al.Identification of intrinsic determinants of midbrain dopamine neurons［J］.Cell，2006，124(2):393-405.

［19］Takahashi K，Yamanaka S.Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors［J］.Cell，2006，126(4):663-676.

［20］Takahashi K，Tanabe K，Ohnuki M，et al.Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors［J］.Cell，2007，131(5):861-872.

［21］Soldner F，Hockemeyer D，Beard C，et al.Parkinson's disease patient-derived induced pluripotent stem cells free of viral reprogramming factors［J］.Cell，2009，136(5):964-977.