損傷神經(jīng)的再生修復(fù)

張國鋒 馬晉平/編譯

損傷神經(jīng)的再生修復(fù)

張國鋒 馬晉平/編譯

克里斯托弗·波森在一次車禍中損傷了脖子。在向他的脊髓注射干細(xì)胞后，他的手能夠重新動起來了

● 干細(xì)胞療法有望恢復(fù)中風(fēng)或脊髓損傷患者的運(yùn)動功能，但是神經(jīng)病學(xué)家在推行該療法時仍小心謹(jǐn)慎。

索尼婭·庫茨（Sonia Olea Coontz）在31歲的時候患腦溢血。兩年后，她的右半身仍處于部分癱瘓狀態(tài)。她幾乎不能活動她的手臂，發(fā)音模糊，并且要借助輪椅才能活動。2013年，庫茨參加了一項(xiàng)小型臨床試驗(yàn)。醫(yī)生把干細(xì)胞注射到她腦溢血的部位周圍。次日起，她就能把他的手臂舉過頭頂并且能夠清晰地說話?，F(xiàn)在，36歲的她不再需要輪椅了，而且她正懷著她的第一個孩子。

加州斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)外科主任蓋瑞·斯坦伯格（Gary Steinberg）是庫茨的主治醫(yī)生，他說庫茨是見證干細(xì)胞療法奇跡的患者之一。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為庫茨的康復(fù)是不可能的：腦溢血所損傷的神經(jīng)環(huán)路已經(jīng)死亡了。大多數(shù)神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為，神經(jīng)功能恢復(fù)的窗口只在神經(jīng)受損后6個月內(nèi)開啟。

干細(xì)胞療法在修復(fù)動物的腦和脊髓損傷中大有前途。但是，動物模型總是和人類表現(xiàn)不同。比如，大鼠的神經(jīng)系統(tǒng)損傷比人類更容易治愈。臨床試驗(yàn)的結(jié)果并不明確。小型臨床試驗(yàn)中的有趣信號在較大的試驗(yàn)中逐漸消逝了。還有許多的未知數(shù)：究竟哪種干細(xì)胞是有效的，它們是如何起作用的以及損傷多久之后應(yīng)該使用它們。

這個領(lǐng)域才剛剛起步。我們對于干細(xì)胞以及脊髓損傷或中風(fēng)后究竟發(fā)生了什么還所知甚少。然而，像庫茨那樣的成功案例說明，在損傷后正確的時間，往正確的患者身上使用正確類型的干細(xì)胞可以產(chǎn)生功能性改善。研究者正熱情地研究干細(xì)胞療法是否能幫助癱瘓的患者重獲一些言語和運(yùn)動控制的能力。如果可以的話，那么到底發(fā)生了什么呢。

疤痕組織

神經(jīng)病學(xué)家謀求神經(jīng)功能的恢復(fù)，這需要挑戰(zhàn)人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)有限的恢復(fù)能力。加州大學(xué)圣地亞哥分校的神經(jīng)病學(xué)家馬克·特薩奇(Mark Tuszynski)認(rèn)為，大腦和脊髓的生物機(jī)理對神經(jīng)再生似乎是不利的，這可能是因?yàn)樯窠?jīng)的過度生長會導(dǎo)致在大腦與脊髓的精細(xì)的架構(gòu)模式中出現(xiàn)錯誤的連接。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的局部化學(xué)信號壓制了神經(jīng)生長。隨著時間推移，疤痕組織形成，這雖然阻止了損傷蔓延，也妨礙了細(xì)胞進(jìn)入損傷部位再生。

洛杉磯南加州大學(xué)神經(jīng)恢復(fù)中心的主管查爾斯·劉(Charles Yu Liu)說，生物組織的修復(fù)是很難的。干細(xì)胞似乎提供了一種變通方案。

脊髓損傷的大鼠體內(nèi)，在植入的神經(jīng)前體細(xì)胞（左）外部，軸突再生了（右）

到目前為止，神經(jīng)再生治療只有少數(shù)如趣聞一樣的成功案例，這讓投資者和患者很失望。例如，神經(jīng)外科醫(yī)生用胚胎神經(jīng)元替換帕金森病患者的死亡或垂死的產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元。初期的療效是讓人興奮的，然而經(jīng)過長期研究后，患者再次出現(xiàn)不自主運(yùn)動（帕金森癥狀）。另外一種嘗試是利用來源于腫瘤的細(xì)胞治療中風(fēng)患者，研究結(jié)果并不明確，而且研究者對于來源于腫瘤的干細(xì)胞也不放心。

近幾年，研究者們已經(jīng)成功利用干細(xì)胞誘導(dǎo)分化出特定的細(xì)胞類型，比如神經(jīng)支持細(xì)胞。神經(jīng)病學(xué)家特薩奇已經(jīng)展示了干細(xì)胞的潛力，至少在動物模型上。他的團(tuán)隊(duì)將來自人類胚胎組織的干細(xì)胞植入到脊髓嚴(yán)重受損的大鼠體內(nèi)。7周后，干細(xì)胞縮小了被切開的脊髓間隙，并且大鼠能夠再次行走了。這項(xiàng)研究中使用的干細(xì)胞是馬里蘭羅維克爾市的神經(jīng)干細(xì)胞中心提供的。這個中心的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)其他類型的干細(xì)胞也能夠發(fā)揮作用，包括從成熟組織中獲取的。有一次特薩奇使用了從一位健康的86歲志愿者的組織中獲取的神經(jīng)干細(xì)胞，他在大鼠脊髓損傷模型上看到相似的結(jié)果。

馬薩諸塞州坎布里奇哈佛干細(xì)胞研究中心的何志剛認(rèn)為，動物模型研究也表明，僅僅再生神經(jīng)系統(tǒng)中的連接導(dǎo)線來橋接受損區(qū)域是不夠的，不管是什么動物模型，軸突并不總是生長到合適的位置。僅僅有了神經(jīng)是不夠的，神經(jīng)還必須成為功能回路的一部分。

越來越多證據(jù)表明，干細(xì)胞除了成為替代性的神經(jīng)以外，還有其他功能。干細(xì)胞似乎還能生成一種支持環(huán)境，這種環(huán)境可能會促進(jìn)神經(jīng)的自然恢復(fù)過程或是防止損傷進(jìn)一步惡化。很多種類的干細(xì)胞能夠分泌多種分子，這些分子能夠打開被抑制的神經(jīng)生長之路。年初，特薩奇報告說，任何種類的脊髓干細(xì)胞，無論來源于成熟組織還是胚胎組織，無論來自人、大鼠還是小鼠，都能激發(fā)大鼠的原生神經(jīng)再生，但是，他在大鼠身上取得的成功還沒能轉(zhuǎn)化為臨床試驗(yàn)。特薩奇稱，仍需要更多的研究來認(rèn)清哪種干細(xì)胞對哪種特定的神經(jīng)損傷效果最好。

重塑恢復(fù)

對于中風(fēng)或脊髓損傷的患者，物理治療是最有希望能夠讓患者在數(shù)周或數(shù)月內(nèi)康復(fù)的選擇。大腦是可塑的，并能夠重新利用其他的環(huán)路或通路來彌補(bǔ)損傷并且恢復(fù)功能。等到炎癥消退，大腦也會隨之自我調(diào)節(jié)，患者就能夠開始重新恢復(fù)功能。但是機(jī)會之窗很短，大多數(shù)患者在受損6個月后就不會再恢復(fù)功能了。

斯坦伯格說道，神經(jīng)恢復(fù)的時間線正是庫茨和該臨床試驗(yàn)中其他長期中風(fēng)患者的顯著恢復(fù)如此令人驚奇的原因，這改變了我們對神經(jīng)恢復(fù)的認(rèn)識。庫茨參加的臨床研究共有18名受試者，并且治療所用干細(xì)胞都是加州山景城SanBio公司生產(chǎn)的。這家公司的干細(xì)胞是從骨髓中獲取的間充質(zhì)干細(xì)胞。這些細(xì)胞被一個DNA片段處理過，該DNA片段是在細(xì)胞內(nèi)瞬間表達(dá)的，并且改變了細(xì)胞的蛋白表達(dá)模式。在動物實(shí)驗(yàn)中，這些細(xì)胞促進(jìn)了原生神經(jīng)干細(xì)胞的遷移和生長，此外還有其他影響。

這項(xiàng)試驗(yàn)兼顧安全性和有效性。它征募了一些缺血性中風(fēng)患者。這種類型的中風(fēng)是由一些凝塊切斷了部分大腦的供血，從而對人造成嚴(yán)重?fù)p害。參與試驗(yàn)的這些患者都是在7～36個月前患的缺血性中風(fēng)，都超出了中風(fēng)后6個月的黃金恢復(fù)期。每位受試者都接受注射250萬、500萬或者1 000萬由SanBio公司生產(chǎn)的干細(xì)胞。斯坦伯格對這些患者進(jìn)行了24個月的跟蹤觀察。觀察12個月后的中期研究報告說大多數(shù)的患者都顯示出功能改善。其中一些患者，比如庫茨，幾乎完全恢復(fù)。

然而，我們目前仍不清楚注射到大腦的干細(xì)胞到底發(fā)生了什么。在動物實(shí)驗(yàn)中，SanBio公司的細(xì)胞并沒有轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元，而似乎是向大腦中的原生細(xì)胞發(fā)出支持性信號。事實(shí)上，前臨床研究顯示干細(xì)胞并不會融入大腦中，大多數(shù)干細(xì)胞在12個月后就死亡了。相反，這些干細(xì)胞似乎分泌生長因子，從而促進(jìn)了新的神經(jīng)元和血管生成，并培育神經(jīng)元間的連接突觸。在大鼠實(shí)驗(yàn)中，神經(jīng)元之間的連接會從大腦的一側(cè)延伸至另一側(cè)，而且還會延伸入脊髓。這種狀態(tài)會一直持續(xù)，即使是在注射的干細(xì)胞不再工作之后。

斯坦伯格認(rèn)為這些機(jī)制仍然不足以解釋庫茨一夜間的神奇恢復(fù)。他目前有幾個假設(shè)，包括注射干細(xì)胞的針頭也可能起了一些作用。他說，治療過了一周之后，我們看到她的運(yùn)動前皮質(zhì)出現(xiàn)一些神經(jīng)異常，但這異常在一個月后消失了。神經(jīng)微創(chuàng)的大小跟12個月內(nèi)的恢復(fù)程度有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。這跟電極被植入到帕金森病人大腦后所產(chǎn)生的效應(yīng)很相似，盡管這種腦深層刺激療法僅能短時間內(nèi)抑制震顫。中風(fēng)患者注射干細(xì)胞后會恢復(fù)的比較持久，這說明注射的針頭以及干細(xì)胞可能都發(fā)揮了作用。

SanBio公司的研究是一項(xiàng)小型臨床試驗(yàn)，并且沒有設(shè)立安慰劑對照組，他們正招募患者來參加一項(xiàng)規(guī)模更大的第二期試驗(yàn)。他們將招募156名受試者，其中2/3的受試者將接受干細(xì)胞注射，其余的則接受假手術(shù)。即使是那些負(fù)責(zé)實(shí)施手術(shù)的外科醫(yī)生，包括斯坦伯格，都不知道具體哪位患者接受了哪種治療。這項(xiàng)研究的主要觀測指標(biāo)是經(jīng)治療6個月后受試者的“富爾-梅耶”運(yùn)動評分是否提高。全部受試者將接受至少12個月的監(jiān)測，并且接受步態(tài)及靈敏度變化的評估。與此同時，斯坦伯格還計劃研究中風(fēng)的動物模型的神經(jīng)微創(chuàng)，來確定它們在恢復(fù)中究竟起著什么作用。

小成功

一項(xiàng)正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn)也極有前景。它評估的是逐漸增加的神經(jīng)干細(xì)胞劑量對急性脊髓損傷的患者所產(chǎn)生的效果。加利福尼亞州費(fèi)利蒙市的阿斯忒瑞亞生物治療公司誘導(dǎo)干細(xì)胞發(fā)展成為少突膠質(zhì)細(xì)胞的祖細(xì)胞，這是一種在大腦和脊髓中保護(hù)神經(jīng)軸突免受傷害的支持性細(xì)胞。

這項(xiàng)試驗(yàn)測試了使用這些干細(xì)胞治療近期頸部或脊髓損傷的安全性和有效性。在9月份的國際脊髓協(xié)會會議上，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布了接受兩次低劑量注射患者的中期結(jié)果報告。90天之后，4位接受1 000萬劑量的患者的運(yùn)動功能改善了，然而1/5的患者沒有達(dá)到90天的觀察點(diǎn)。1年后，3位接受注射較低劑量200萬細(xì)胞的患者在運(yùn)動技能上獲得了明顯提升。

這些細(xì)胞一開始是由一家名為Geron的生物科技公司開發(fā)的，后來這家公司退出了再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在Asterias公司之前，Geron公司已經(jīng)在慢性下背損傷的患者身上做了干細(xì)胞的安全性試驗(yàn)。結(jié)果沒有任何問題，因此美國食品與藥品監(jiān)督管理局同意Geron公司在那些近期受傷的患者身上測試干細(xì)胞。阿斯忒瑞亞公司把當(dāng)下的試驗(yàn)集中于頸椎損傷，因?yàn)檫@些損傷距離大腦更近，因此神經(jīng)只需要再生較短的距離就可能實(shí)現(xiàn)功能改善。頸髓嚴(yán)重?fù)p傷患者的典型表現(xiàn)是損傷部位以下全部癱瘓。阿斯忒瑞亞公司的目標(biāo)是恢復(fù)這些患者的手臂和手掌的功能，這有可能極大地改善這些患者的自理能力和生活質(zhì)量。

阿斯忒瑞亞公司似乎已在至少一位接受大劑量干細(xì)胞注射的患者身上實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。21歲的克里斯托弗·波森（Kristopher Boesen）獲得了激動人心的恢復(fù)。2016年 3月份，波森的車在暴雨天打滑，撞上了一條電話線桿并損傷了他的脖子。大約一個月后，波森的損傷部位以下仍然癱瘓，他的神經(jīng)恢復(fù)似乎到達(dá)了瓶頸。他的主治醫(yī)生與阿斯忒瑞亞公司臨床試驗(yàn)的研究員查爾斯·劉一直有聯(lián)系。在波森病情穩(wěn)定后，他就到洛杉磯參加這項(xiàng)臨床試驗(yàn)。

4月份，查爾斯·劉往波森的脊髓中輸注了阿斯忒瑞亞公司的干細(xì)胞。兩天后，波森開始能夠活動他的手。到夏天，他能夠重新活動腳趾了。

劉對波森的反應(yīng)很是興奮。他說：“波森原來是四肢癱瘓者，現(xiàn)在他可以寫字，可以用他的手提起重物，也可以打電話。我高興地想從鞋里跳出來，因?yàn)橄襁@樣的能力提升極不尋常?！钡?，劉告誡說，這仍只是一個小試驗(yàn)，并且波森的反應(yīng)也只是一個單例。除非在大型的安慰劑對照臨床試驗(yàn)中表明干細(xì)胞療法有效，否則劉將一直保持謹(jǐn)慎。

一位外科醫(yī)生正在進(jìn)行 Asterias公司的臨床研究，他正準(zhǔn)備向患者的脊髓損傷部位輸注干細(xì)胞

這項(xiàng)研究目前正在征募另一群患者，人數(shù)為 5到8名，他們將接受輸注200萬干細(xì)胞的雙倍劑量。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，Asterias公司希望能夠找到關(guān)于干細(xì)胞療法潛在機(jī)制的線索。Asterias公司的科研主管簡·拉貝庫斯基（Jane Lebkowski）說，我們正在尋找受傷處在解剖學(xué)上的變化，有證據(jù)表明，獲得功能恢復(fù)的患者的損傷部位被神經(jīng)軸突貫通了。臨床前研究認(rèn)為干細(xì)胞可能向原生組織發(fā)送了激勵生長的化學(xué)信號。此外，作為支持性細(xì)胞，星形膠質(zhì)細(xì)胞可能防止了神經(jīng)元在急性脊髓損傷的余波中死亡。

事實(shí)上，并不是全部臨床研究都有這么好的結(jié)果。SanBio公司和Asterias公司的結(jié)果是無數(shù)否定或不明確的試驗(yàn)中難得的積極信號。例如，在5月份，加州紐瓦克市StemCell公司終止了用于脊髓損傷治療的干細(xì)胞的第二期試驗(yàn)，隨后立即宣布重組公司。該公司謝絕對本文置評。

希望不要過分炒作

像劉和斯坦伯格等研究者希望緩和公眾對于干細(xì)胞療法的熱情，他們不希望給絕望的患者一個虛假的希望?；加邪c瘓性損傷或者神經(jīng)變性病變的人很容易被無良的干細(xì)胞診所欺騙，那些診所的治療方法不但未經(jīng)證實(shí)，而且還充滿風(fēng)險。

即將上任的美國脊髓損傷協(xié)會主席、密西西比州杰克森市衛(wèi)理公會康復(fù)中心的研究員基斯·坦西(Keith Tansey)說，“患者總對我說，‘來吧，巫醫(yī)，反正你不會讓我變得更糟了’。”不幸的是，事實(shí)并非如此。坦西補(bǔ)充說道，診所提供的干細(xì)胞治療不屬于臨床試驗(yàn)，它會導(dǎo)致慢性疼痛，剝奪患者僅剩的功能，并且讓患者失去未來繼續(xù)參與研究的資格。他在臨床實(shí)踐中已經(jīng)目睹過這些苦果。他說：“我治療過一個脊髓內(nèi)長著兩個腫瘤的孩子，這兩個腫瘤來自兩個不同個體的干細(xì)胞?！?/p>

關(guān)于干細(xì)胞能否治愈人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)還有很多懸而未決的問題，它們是怎樣做到這一點(diǎn)的也尚不清楚。研究者也不知道用哪種干細(xì)胞最好。干細(xì)胞只要成長為支持性細(xì)胞并發(fā)送友善的生長信號就足夠了嗎？還是說干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為替代用的神經(jīng)元會更好？這個問題的答案依據(jù)疾病或損傷的部位及其性質(zhì)而有所不同。坦西說道，如果干細(xì)胞是通過產(chǎn)生支持性因子來激勵生長和修復(fù)，那么我們就有可能識別出這些因子是什么，并將其直接用到患者身上。但是生物學(xué)家距離破解這一“雞尾酒的秘訣”還遠(yuǎn)得很。

坦西承認(rèn)目前還有問題未解決，并且這些問題似乎正在不斷增加。他說：“每次我們完成了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都讓我們意識到真相比我們想象中要復(fù)雜得多?！彼J(rèn)為解決這些問題的最好辦法是規(guī)范干細(xì)胞臨床研究。大鼠模型只能告訴我們這么多，而且人類的神經(jīng)系統(tǒng)較之更為龐大，連接方式也不同。他認(rèn)為，如果干細(xì)胞能夠幫助類似庫茨和波森那樣的患者恢復(fù)語言能力并且提升自理能力，同時還沒有副作用，那么干細(xì)胞治療還有繼續(xù)進(jìn)行的意義，即便我們?nèi)圆磺宄康淖饔脵C(jī)制。

在這些小型的正面結(jié)果能夠在大型臨床對照試驗(yàn)中重復(fù)出現(xiàn)之前，神經(jīng)學(xué)家將會一直保持著他們的樂觀態(tài)度。坦西說：“我非常希望聽到有一個臨床試驗(yàn)得出不止少數(shù)幾個的成功案例?！倍鴦t期待著不必控制興奮之情的那一天。也許過不了幾年，我們真的將有機(jī)會來歡呼雀躍。

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：朝 云]