干細(xì)胞治療阿爾茨海默病的研究進(jìn)展*

王飛翔 賀慧霞 岳 文

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease， AD)是一種以記憶、語言、認(rèn)知能力逐漸下降為特點(diǎn)的慢性、進(jìn)行性神經(jīng)退變性疾病，多發(fā)生于65 歲以上老人，也稱為老年性癡呆，對患者家庭和社會(huì)造成巨大負(fù)擔(dān)。目前，全世界AD 患者達(dá)數(shù)千萬，我國就占1/ 4，而且這個(gè)數(shù)字將隨我國老齡化進(jìn)程的加快更加龐大。伴隨著對AD 的臨床癥狀和病理研究的深入，多種途徑包括藥物、免疫、神經(jīng)保護(hù)性等用于AD 治療[1]。然而，這些治療只能部分減輕AD 患者的臨床癥狀，而難以治愈，其原因可能是AD 患者腦內(nèi)已變性神經(jīng)元無法恢復(fù)功能。近年來，以干細(xì)胞為基礎(chǔ)治療AD 取得了可喜的成果，多項(xiàng)研究報(bào)道了用干細(xì)胞治療AD 動(dòng)物模型取得成功的案例，廣受關(guān)注，頗具前景。下面就近年來干細(xì)胞在治療AD 方面的研究進(jìn)展做一綜述。

1. 干細(xì)胞的分類

干細(xì)胞是一類具有自我更新能力和多向分化潛能的未分化細(xì)胞，根據(jù)來源不同可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。成體干細(xì)胞根據(jù)組織來源不同可以分為：神經(jīng)元干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞、牙源性干細(xì)胞等等。從發(fā)育生物學(xué)的角度看，成體干細(xì)胞的功能具有相對區(qū)域特異性，牙源性干細(xì)胞來源于神經(jīng)外胚層，其不僅可用于牙周組織再生也適用于骨、神經(jīng)等組織再生[2.3]，其在神經(jīng)向分化上可能較骨髓等中胚層來源的非牙源性干細(xì)胞更具優(yōu)勢[4]。

2. AD的分子病理學(xué)特點(diǎn)

AD 是1907 年由德國精神病學(xué)專家Alois Alzheimer 首次報(bào)道，并因此得名[5]。他所報(bào)道的是一位55 歲女性，生前患有多年嚴(yán)重的記憶、語言等認(rèn)知功能障礙，死后的尸體解剖顯示其腦皮質(zhì)1/ 4-1/ 3 的神經(jīng)元丟失，殘留神經(jīng)元內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)，細(xì)胞外老年斑形成。目前老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)被認(rèn)為是AD 兩個(gè)特異性神經(jīng)病理學(xué)特點(diǎn)。分子病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：β-淀粉樣蛋白(Aβ)是大腦皮質(zhì)老年斑的主要成分，其可誘發(fā)神經(jīng)元細(xì)胞毒性，是引起AD 的重要物質(zhì)。而神經(jīng)纖維纏結(jié)是一種不規(guī)則結(jié)構(gòu)，是神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Tau 蛋白過度磷酸化所致，是神經(jīng)元趨于死亡的標(biāo)志。AD 患者大腦中神經(jīng)元逐漸萎縮死亡，最早發(fā)生在大腦的記憶和語言功能區(qū)，最終蔓延至整個(gè)大腦。乙酰膽堿作為一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，與細(xì)胞間信號(hào)傳遞密切相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)AD 患者腦內(nèi)乙酰膽堿含量降低，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)受損，膽堿能神經(jīng)元和突觸逐漸變性或死亡，大腦區(qū)域表現(xiàn)為淀粉樣斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)，加速患者死亡[6]。

3. 非牙源性干細(xì)胞在AD治療中的應(yīng)用

3.1 神經(jīng)干細(xì)胞(Neural stem cells，NSCs) 神經(jīng)干細(xì)胞具有可分化為神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)多種類型細(xì)胞的潛能，在治療AD 中更具優(yōu)勢，因此可通過NSCs移植或替代治療AD 患者腦內(nèi)缺失或變性的神經(jīng)元。有報(bào)道在小鼠AD 模型上移植NSCs 可使海馬區(qū)的突觸聯(lián)接密度增加，提高認(rèn)知功能[7]。而腦室內(nèi)移植人神經(jīng)干細(xì)胞，過表達(dá)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶可恢復(fù)AD 小鼠模型的學(xué)習(xí)和記憶功能[8]。Zhang 等[9]采用NSCs 移植治療AD 小鼠(APP/ PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠)模型，發(fā)現(xiàn)NSCs 移植入小鼠大腦海馬區(qū)后，干細(xì)胞可增殖、遷移、分化為三種神經(jīng)細(xì)胞類型，促進(jìn)相應(yīng)神經(jīng)細(xì)胞功能的恢復(fù)；神經(jīng)元內(nèi)認(rèn)知功能相關(guān)蛋白表達(dá)增加，可顯著改善這些小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶功能，且認(rèn)知功能改善與長時(shí)程增強(qiáng)作用(long-term potentiation，LTP)提高相關(guān)連。但NSCs 存在于腦室下和海馬區(qū)，從大腦中難以獲取自體細(xì)胞，細(xì)胞來源困難；而提取流產(chǎn)胎兒大腦中的NSCs 又面臨巨大的倫理難題，因此利用NSCs移植治療AD 的臨床試驗(yàn)遇到“瓶頸”難題。

3.2 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs) 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在誘導(dǎo)條件下可分化為骨、軟骨、脂肪組織、肝臟和神經(jīng)組織[10]。有研究者[11]通過靜脈注射移植BMSCs，發(fā)現(xiàn)只有部分細(xì)胞可穿過血腦屏障，而且這部分穿過去的細(xì)胞也難以在大腦中長期存活和行使功能。但即便如此，這些細(xì)胞可在大腦損傷區(qū)分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，用于修復(fù)神經(jīng)組織[12]。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是目前已知可抑制與AD 神經(jīng)退行性變相關(guān)的興奮性神經(jīng)毒性的血管生成因子，具有神經(jīng)保護(hù)作用[13]。Garcia KO 等[14]在APPswe/PS1dEq 雙轉(zhuǎn)基因AD 小鼠模型中移植VEGF 過表達(dá)的BMSCs(MSC-VEGF)，移植后第6、9、12個(gè)月對小鼠進(jìn)行行為學(xué)測試及大腦免疫組織化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)MSC-VEGF 治療組的AD 小鼠能改善認(rèn)知缺陷，同時(shí)在海馬區(qū)有新血管生成及老年斑減少。Salem AM 等[15]在AD 動(dòng)物模型中靜脈注射BMSCs 4 個(gè)月后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞可募集、歸巢到受損大腦區(qū)并生成大量乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶和存活素表達(dá)陽性的細(xì)胞，這些細(xì)胞還表達(dá)seladin-1 和nestin 基因。seladin-1 是催化鏈甾醇合成膽固醇的膽固醇合成酶，在AD 中具有減少Aβ 生成、對抗Aβ 毒性、抑制細(xì)胞凋亡等保護(hù)作用[16]。組織病理學(xué)結(jié)果顯示BMSCs 可以消除大腦海馬區(qū)的Aβ 斑塊。與常規(guī)藥物治療相比，BMSCs 對AD 的治療效果在生物指標(biāo)的改善方面與藥物治療相似甚至更好。這些研究表明，BMSCs 治療AD 具有良好的應(yīng)用前景，而且BMSCs 可來源自體，在臨床應(yīng)用方面更具優(yōu)勢。

3.3 脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(Adipose-derived mesenchymal stem cells，ADSCs) 近年來，多項(xiàng)研究報(bào)道ADSCs 作為新的細(xì)胞來源用于神經(jīng)再生治療，能減輕AD 相關(guān)的神經(jīng)病理學(xué)障礙。MA 等[17]在AD 轉(zhuǎn)基因小鼠模型(APP/ PS1)大腦內(nèi)注射ADSCs，證實(shí)可恢復(fù)小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力。另外靜脈內(nèi)注射ADSCs 也同樣被證實(shí)可有效減輕AD 小鼠模型的 癡呆癥狀[18，19]。Yan 等[20]在APP/PS1 轉(zhuǎn)基因AD 小鼠模型的海馬區(qū)移植ADSCs后，免疫熒光顯示在海馬齒狀回顆粒下層新生成的細(xì)胞數(shù)量顯著增高，同時(shí)DCX 染色陽性的成神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量也顯著增加。而且ADSCs 移植后增強(qiáng)了腦室下層神經(jīng)元的活性并減輕了小鼠的氧化應(yīng)激水平和認(rèn)知損傷癥狀，從而促進(jìn)功能恢復(fù)。Katsuda T 等[21]最近發(fā)現(xiàn)了一種新型的AD 治療方法。該研究發(fā)現(xiàn)hADSCs 分泌的胞外體攜帶酶活性的腦啡肽酶，這是大腦中最重要的Aβ 降解酶，這說明ADSC 分泌的囊泡具備治療AD 的潛能，有望成為未來AD 治療的一個(gè)新方法。

3.4 臍帶來源的間充質(zhì)干細(xì)胞 臍帶來源的間充質(zhì)干細(xì)胞包括臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞(Umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells，UCB-MSCs)和臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(Umbilical cord mesenchymal stem cells，UC-MSCs)，雖來源不同，但均有間充質(zhì)干細(xì)胞的特點(diǎn)。UCB-MSCs 可分化為神經(jīng)細(xì)胞，現(xiàn)有研究已表明在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。Lee HJ 等[22]研究發(fā)現(xiàn)：UCB-MSCs 與Abeta 處理后的原代海馬神經(jīng)元共培養(yǎng)可減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，而將其移植治療AD 小鼠模型，UCB-MSCs 可使小鼠大腦中神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞激活、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡水平下降，小鼠的學(xué)習(xí)和記憶功能也得到恢復(fù)。進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)這些作用與疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)炎性反應(yīng)逆轉(zhuǎn)相關(guān)[23]。另有研究報(bào)道人UCB-MSCs 可通過分泌的可溶性細(xì)胞間粘附分子-1(SICAM-1)誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)Aβ 降解酶，減少Aβ 老年斑[24]，從而達(dá)到治療AD 的目的。這些結(jié)果都表明UCB-MSCs 有望成為治療AD 極有希望的治療新途徑。

UC-MSCs 來源于臍帶組織，具有較高的分化潛能，其細(xì)胞含量、增殖能力高于BMSCs，而且免疫原性比BMSCs 低，其在特定條件下可分化為神經(jīng)細(xì)胞[25]。研究發(fā)現(xiàn)靜脈灌注UC-MSCs，可顯著改善AD 模型小鼠的空間定位能力，減輕記憶衰退，同時(shí)減低Aβ 沉積[26]。這些研究表明UC-MSCs 也是AD 預(yù)防和治療較有希望的種子細(xì)胞之一。

3.5 羊膜干細(xì)胞(Amniotic stem cells，ASCs)人羊膜干細(xì)胞包括羊膜上皮細(xì)胞(Amniotic epithelial cells，AECs)和羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞(Amniotic membrane-derived mesenchymal stem cells，AMSCs)。AECs 具有神經(jīng)生物學(xué)功能，與NSCs 具有同源性[27]。AMSCs 形態(tài)類似BMSCs，且較BMSCs 具有更強(qiáng)的增殖能力，表達(dá)NSCs 特異性標(biāo)志蛋白nestin[28]，具有NSCs 特性。 Kim KS 等[29]將AMSCs 靜脈注射治療APPswe 轉(zhuǎn)基因AD 小鼠模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植6 周，小鼠空間學(xué)習(xí)能力得到改善。治療組小鼠大腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量和Aβ 降解酶水平也顯著高于對照組，且治療效果持續(xù)了12周，這些結(jié)果表明注射AMSCs 對AD 模型動(dòng)物的病理改變和記憶功能改善具有長期療效。李祥生等[30]的研究結(jié)果也證實(shí)：采用尾靜脈注射人AMSCs能促進(jìn)AD 轉(zhuǎn)基因小鼠空間定位及學(xué)習(xí)記憶能力的提高，且減少小鼠腦內(nèi)Aβ 的沉積。

3.6 胎盤來源的間充質(zhì)干細(xì)胞(placenta-derived mesenchymal stem cells，PDMSCs) 胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞來源于中胚層，在合適的微環(huán)境下可向神經(jīng)元樣細(xì)胞分化[31]。Yun HM 等[32]研究證實(shí)移植PDMSC 可改善AD 小鼠模型的記憶功能障礙，目前這方面的研究才剛起步，為干細(xì)胞治療AD 提供了新的種子細(xì)胞。

4. 牙源性干細(xì)胞在AD治療中的應(yīng)用

牙源性干細(xì)胞胚胎發(fā)育來源于神經(jīng)嵴[33]，在牙齒發(fā)生過程中，通過分泌NG、GDNF、BDNF 等神經(jīng)營養(yǎng)因子發(fā)揮著關(guān)鍵性作用[34]。牙源性干細(xì)胞這種嗜神經(jīng)組織的特性在恢復(fù)受損神經(jīng)元功能方面獨(dú)具優(yōu)勢。Apel 等[35]先將原代海馬神經(jīng)元與小鼠切牙中提取的牙髓細(xì)胞(dental pulp cells，DPCs)共培養(yǎng)2 天后加入Aβ1-42損傷24h。結(jié)果發(fā)現(xiàn)原代海馬神經(jīng)元與DPCs 共培養(yǎng)后可顯著減弱神經(jīng)毒素對其的損傷。MTT 分析發(fā)現(xiàn)與未共培養(yǎng)組相比共培養(yǎng)后的神經(jīng)元活性顯著增加，表明DPCs 對AD 體外細(xì)胞模型具有神經(jīng)保護(hù)作用。而且芯片篩選和特異性抗體染色也發(fā)現(xiàn)DPCs 表達(dá)神經(jīng)元相對特異的表型并分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子NGF、GDNF、BDNF和BMP2，這些結(jié)果都表明了利用DPCs 在未來治療包括AD 在內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病極具前景。Yalva? 等[36]研究也證實(shí)人牙胚干細(xì)胞(human tooth germ stem cells， hTGSCs)通過分泌一些與減輕神經(jīng)元毒性相關(guān)的重要生長因子如VEGF、TGF-β1、FGF2 及BMP-2，這提高了AD 模型細(xì)胞的生物活性，提示hTGSCs 的神經(jīng)保護(hù)特性，為采用此細(xì)胞治療AD 提供了新的選擇。

5. 小結(jié)

采用干細(xì)胞治療AD 是近年來AD 治療領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，已綻放出希望之光，展示出廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)價(jià)值。目前，關(guān)于干細(xì)胞治療AD 的研究還多僅局限于模型動(dòng)物和體外細(xì)胞學(xué)研究，許多方面有待于深入全面研究，其臨床應(yīng)用更面臨安全性、可靠性和可行性方面諸多挑戰(zhàn)和難題。牙源性干細(xì)胞因其神經(jīng)嵴起源、來源廣泛、容易獲得等優(yōu)點(diǎn)，在AD 治療方面獨(dú)具優(yōu)勢，但目前除牙髓干細(xì)胞和牙胚干細(xì)胞外還未見其他牙源性干細(xì)胞對AD 治療作用的研究報(bào)道，隨著牙源性干細(xì)胞的研究不斷發(fā)展和AD 病因、分子機(jī)制的深入研究，采用牙源性干細(xì)胞治療AD 必將取得新的突破，為廣大患者帶來福音。

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