L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞移植對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療

馬全紅

筆者的主要研究方向?yàn)锳D與自閉癥，本文主要講述神經(jīng)干細(xì)胞在這兩種疾病中的治療與應(yīng)用。AD是一種神經(jīng)退行性疾病，其臨床癥狀主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)、記憶能力下降，后期會出現(xiàn)邏輯思考能力的下降，晚期則可能出現(xiàn)一定的語言障礙。AD存在兩種病理性標(biāo)志物，一個是位于細(xì)胞外的β淀粉斑塊，另一個是位于細(xì)胞內(nèi)的神經(jīng)纖維纏結(jié)，β淀粉斑塊主要由 β-淀粉樣蛋白 （amyloid β-protein，Aβ）積聚導(dǎo)致，神經(jīng)纖維纏結(jié)則是由Tau過度磷酸化形成。這兩種病理標(biāo)志物不僅是AD診斷的標(biāo)志，其過度積聚，特別是Aβ的過度積聚，還可以導(dǎo)致神經(jīng)炎癥、神經(jīng)退行性病變、突觸丟失及記憶丟失等一系列神經(jīng)癥狀。因此過去20年來，以Aβ為靶點(diǎn)的藥物是AD領(lǐng)域的主要研發(fā)內(nèi)容，但近幾年發(fā)現(xiàn)該類以Aβ為靶點(diǎn)的藥物臨床試驗(yàn)在晚期都以失敗告終。有專家認(rèn)為導(dǎo)致的失敗的原因是藥物干預(yù)時間太晚，但研究表明，即使在早期就進(jìn)行藥物干預(yù)，其結(jié)果亦是失敗的，因此人們開始考慮Aβ靶點(diǎn)藥物治療以外的治療策略。

干細(xì)胞移植在神經(jīng)退行性疾病的治療中展現(xiàn)了不錯的療效，目前神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域內(nèi)普遍性進(jìn)行移植的干細(xì)胞種類包括誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞。其主要移植機(jī)制：（1）細(xì)胞替代機(jī)制，移植的干細(xì)胞可直接在腦內(nèi)分化疾病缺損或丟失的神經(jīng)細(xì)胞；（2）旁分泌機(jī)制，移植的干細(xì)胞可以通過釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子起到細(xì)胞保護(hù)的作用；（3）促進(jìn)內(nèi)源性干細(xì)胞再生；（4）可起到免疫調(diào)節(jié)的作用。移植干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的過程中有一些問題是需要注意的。首先，在腦內(nèi)存在多種亞型的神經(jīng)元，按功能分為興奮性錐體神經(jīng)元和抑制性中間神經(jīng)元，該兩類神經(jīng)元的數(shù)目需保持一定的比例，否則會造成興奮性/抑制性失衡，進(jìn)而導(dǎo)致多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如AD、自閉癥、癲癇等，因此干細(xì)胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病時需要針對特異疾病受損或缺失的細(xì)胞類型。如果疾病屬于興奮性椎體神經(jīng)元缺失，那么移植入的神經(jīng)干細(xì)胞應(yīng)該主要針對缺失的興奮性椎體神經(jīng)元；如果是興奮性/抑制性神經(jīng)元失衡導(dǎo)致的疾病，則應(yīng)注意改善神經(jīng)疾病患者腦內(nèi)興奮性/抑制性神經(jīng)元失衡的狀況。

研究發(fā)現(xiàn)，AD患者發(fā)生癲癇的幾率高于正常人。對AD患者及AD模型小鼠進(jìn)行腦電圖監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的興奮性均增加，即存在超興奮性。研究結(jié)果表明，AD模型小鼠出現(xiàn)癲癇樣棘波的頻率是明顯增加的。在前期的研究中，筆者對AD模型小鼠中間神經(jīng)元的數(shù)量進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，雖然AD模型小鼠在4個月時就開始出現(xiàn)β淀粉斑塊，但其中間神經(jīng)元數(shù)量明顯減少并未出現(xiàn)在早期，而是發(fā)生在7 ～12個月時，且AD模型小鼠出現(xiàn)認(rèn)知障礙也是發(fā)生在7 ～12個月時。由此我們提出以下問題，AD患者腦內(nèi)的抑制性中間神經(jīng)元丟失是否是其認(rèn)知障礙的基礎(chǔ)？移植中間神經(jīng)元是否能改善AD患者的認(rèn)知障礙，尤其是疾病發(fā)展后期的認(rèn)知障礙？這一點(diǎn)是非常重要的，因?yàn)槎鄶?shù)AD患者在確診時已經(jīng)在疾病發(fā)展后期了。

筆者通過對小鼠胚胎期的觀察發(fā)現(xiàn)，在小鼠側(cè)腦室背側(cè)存在一群神經(jīng)干細(xì)胞，主要產(chǎn)生腦內(nèi)興奮性的椎體神經(jīng)元；在小鼠側(cè)腦室腹側(cè)的神經(jīng)干細(xì)胞，則主要產(chǎn)生抑制性 γ-氨基丁酸（γ-amino-butyric acid，GABA）能中間神經(jīng)元。在實(shí)驗(yàn)中我們將該部分的神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行分離和純化，外/內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起區(qū)（Lateral/medial ganglionic eminences，L/MGE）神經(jīng)干細(xì)胞的鑒定結(jié)果提示其可以分化為抑制性的中間神經(jīng)元。對L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞分化能力檢測發(fā)現(xiàn)約70%的L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞可分化為GABA能中間神經(jīng)元，約50%可分化為小白蛋白陽性的神經(jīng)元，說明L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞是可以分化為GABA能中間神經(jīng)元的。將L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞移植到7個月大的AD小鼠模型中，1周后經(jīng)染色發(fā)現(xiàn)L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞在移植后是可以很好地存活的。筆者還對L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行了遷移研究，發(fā)現(xiàn)1周后其在移植點(diǎn)附近并沒有很好地遷移，但在2個月后可觀察到L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞很好地遷移到了海馬區(qū)周圍，說明L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞具備良好的遷移能力。另外，移植后L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞分化為各亞型的GABA能神經(jīng)元，移植后3個月，約60%的神經(jīng)干細(xì)胞分化為GABA能神經(jīng)元，20%的神經(jīng)干細(xì)胞分化為各亞型的GABA能中間神經(jīng)元。但研究發(fā)現(xiàn)，移植后的L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞并不能分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，說明L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞不具有分化膠質(zhì)細(xì)胞的能力。

那移植干細(xì)胞是否能改善AD模型小鼠的認(rèn)知障礙？筆者對此進(jìn)行了一項重要試驗(yàn)。AD模型小鼠在4個月時開始出現(xiàn)β淀粉斑塊，7個月時出現(xiàn)認(rèn)知障礙，同時出現(xiàn)中間神經(jīng)元的丟失。與其他研究不同的是，本研究未在4個月時對AD模型小鼠進(jìn)行干預(yù)，而是在7個月其發(fā)展出嚴(yán)重的認(rèn)知障礙時進(jìn)行L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞的移植，因?yàn)楸狙芯恐饕槍Φ腁D晚期患者治療而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。移植后2個月對AD模型小鼠進(jìn)行行為學(xué)檢測，發(fā)現(xiàn)AD模型小鼠與正常小鼠在水迷宮實(shí)驗(yàn)和新物體識別實(shí)驗(yàn)中具有相同的行為學(xué)表現(xiàn)，提示L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞移植可有效改善AD模型小鼠的認(rèn)知障礙。

那干細(xì)胞移植是通過何種機(jī)制來改善AD模型小鼠認(rèn)知障礙的呢？研究發(fā)現(xiàn)，移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞并未改變AD模型小鼠腦內(nèi)β淀粉斑塊密度，移植后AD模型小鼠腦內(nèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的密度都沒有得到抑制，說明干細(xì)胞移植并不能改變AD模型小鼠腦內(nèi)的神經(jīng)炎癥。同時，研究發(fā)現(xiàn)移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞對AD模型小鼠神經(jīng)突觸的密度也無太大影響。但檢測移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞后AD模型小鼠的超興奮性，發(fā)現(xiàn)對比其之前癲癇樣棘波頻率明顯增加的表現(xiàn)，在干細(xì)胞移植后其癲癇樣棘波出現(xiàn)的頻率是明顯下降的，說明L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞可有效改善AD模型小鼠腦內(nèi)的超興奮性。為進(jìn)一步確定干細(xì)胞移植對認(rèn)知障礙的影響，筆者進(jìn)行了一項長時程增強(qiáng) （long term potentiation，LTP）相關(guān)的研究，這是利用電生理的方式反映小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力比較可靠的指標(biāo)。AD模型小鼠中的LTP是受到抑制的，但移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞后，其LTP是明顯增加的，這說明移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞能夠有效改善AD模型小鼠受抑制的LTP。

移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞即使在AD發(fā)展的后期，腦內(nèi)依舊存在大量Aβ積聚情況下，仍能改善AD的認(rèn)知障礙。L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞移植是通過改變AD腦內(nèi)的興奮性/抑制性失衡來改善AD的認(rèn)知障礙的。雖然大多AD患者的診斷發(fā)生在中晚期，但移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞依舊是治療AD非常好的方案。同樣，筆者對自閉癥家族遺傳學(xué)篩選發(fā)現(xiàn)，TRIM32是自閉癥的危險性遺傳基因。自閉癥主要表現(xiàn)為社交障礙、重復(fù)性行為和狹窄興趣，常伴隨認(rèn)知能力損害、多動、癲癇和感知功能異常等癥狀。對小鼠行為學(xué)進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，TRIM32缺失可導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)社交障礙，同時導(dǎo)致L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞增殖減少，GABA能神經(jīng)元產(chǎn)生障礙，最終造成GABA能中間能神經(jīng)元數(shù)量減少。通過電生理檢測發(fā)現(xiàn)，TRIM32缺失可導(dǎo)致GABA能抑制障礙，出現(xiàn)神經(jīng)超興奮性。而移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞在TRIM32 KO小鼠腦內(nèi)可分化為各亞型的GABA能神經(jīng)元，改善TRIM32 KO小鼠腦內(nèi)的超興奮性及社交障礙。綜上，移植L/MGE神經(jīng)干細(xì)胞不僅可有效治療AD，其對自閉癥的治療效果也是非常好的。