細胞治療帕金森病的研究進展

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帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，臨床上以靜止性震顫、運動遲緩、肌強直和姿勢平衡障礙等運動癥狀為主，同時可出現(xiàn)感覺障礙、睡眠障礙、自主神經(jīng)功能障礙、精神障礙等非運動癥狀[1]。PD的主要病理特征是黑質(zhì)多巴胺(dopamine,DA)神經(jīng)元大量變性丟失和α-突觸核蛋白異常聚集所形成的路易小體的出現(xiàn)。PD的病因尚不清楚，一般認(rèn)為是由遺傳和環(huán)境因素的相互作用所引起。目前PD仍然缺乏有效的根治措施，臨床主要以改善癥狀的藥物治療為主，包括左旋多巴、DA受體激動劑、單胺氧化酶或兒茶酚-氧位-甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑和抗膽堿能藥等，通過補充外源DA或增強剩余DA神經(jīng)元活性達到對癥治療的目的[2]。但藥物治療仍存在效果減退、癥狀波動或異動癥等副作用，嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量。近年來腦深部電刺激作為一種手術(shù)治療得到一定推廣，但亦只能改善運動癥狀，不能從病因上根治PD[2]。此外，以傳統(tǒng)中藥為代表的PD替代療法在現(xiàn)階段也往往只用于輔助治療[3]。因此，PD的癥狀后期控制難度較大，加上無有效的針對病因的神經(jīng)保護方法來阻止或延緩疾病進程，使PD在治療上存在巨大的挑戰(zhàn)。細胞治療可從疾病根源即DA神經(jīng)元的丟失上解決問題，為PD的治療重燃希望[4]。作者對PD細胞治療的歷史進程和不同來源細胞治療的進展和挑戰(zhàn)進行歸納論述。

1 細胞治療帕金森病的歷史進程

PD的細胞治療最早可追溯到20世紀(jì)70年代的瑞典，Olson及其同事揭示了胎兒腹側(cè)中腦(fetal ventral mesencephalic,fVM)DA神經(jīng)元存活和增殖的最佳孕齡，并證明可以通過同時移植組織和增長因子增強其增殖能力[5]。之后，科學(xué)家在PD模型小鼠中進行了腎上腺髓質(zhì)和fVM移植的臨床前試驗，獲得了成功。腎上腺髓質(zhì)可產(chǎn)生兒茶酚胺，包括少量的DA，因此可以在一定程度上增加腦內(nèi)DA水平[5]。1985年，Backlund等首次進行了PD患者的腎上腺髓質(zhì)細胞移植的臨床研究，但收效甚微；1987年，Madrazo等對該方法進行了改善和推廣，但若干年后發(fā)現(xiàn)該方法并未起到改善作用，反而增加了精神障礙等術(shù)后并發(fā)癥的風(fēng)險[5]。相比腎上腺髓質(zhì)細胞的臨床試驗，fVM的移植相對有效，但由于fVM組織來源的年齡和數(shù)量不同，個體反應(yīng)差異大。1993年，fVM的臨床研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院的支持并相繼開展，但結(jié)果均以陰性告終[6-7]。近年又有研究表明，經(jīng)過近20年的fVM移植可明顯改善患者PD癥狀，這一發(fā)現(xiàn)又重燃了大家對fVM移植治療的希望[8]。

20世紀(jì)90年代后，人們開始嘗試其他細胞來源治療PD，如豬腹側(cè)中腦組織的異種移植物、自體移植的頸動脈體細胞和與特定微載體連接的視網(wǎng)膜色素上皮細胞等，但均以失敗告終[5]。直到1998年，人類胚胎干細胞(embryonic stem cells,ESCs)的建立才帶領(lǐng)PD細胞治療進入新紀(jì)元。幾年后，人們從ESCs中分化出較多的可釋放DA的酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase,TH)陽性神經(jīng)元[9]。2006年，誘導(dǎo)多能干細胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)的成功構(gòu)建為多種疾病提供了希望。同一時期，中腦DA神經(jīng)元被證實起源于底板細胞，而不是神經(jīng)上皮祖細胞。研究也表明，由底板細胞衍生的DA神經(jīng)元的強度與效能都與胎兒DA神經(jīng)元相當(dāng)。根據(jù)這一理論，人們能更精練地從iPSCs和ESCs中成功誘導(dǎo)出功能性的DA神經(jīng)元[10]，為將來的可能的臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用積累了更多經(jīng)驗。

2 胎兒腹側(cè)中腦細胞治療帕金森病

前期的隨機雙盲試驗表明，雖然PD患者移植fVM后18F-dopa PET顯示DA水平明顯增高，尸檢也確認(rèn)有大量DA神經(jīng)元的存活，但兩者在帕金森病統(tǒng)一評分量表(uinfied Parkinson’s disease rating scale,UPDRS)上表現(xiàn)并無顯著性差異[7]。此外，56.5%患者出現(xiàn)了移植物誘發(fā)的運動障礙(graft-induced dyskinesias,GIDs)。出現(xiàn)GIDs的原因尚不清楚，可能與共同移植的5-羥色胺神經(jīng)元以不受調(diào)方式釋放DA有關(guān)[11]。另一研究顯示2名PD患者在移植fVM后運動癥狀顯著改善，并減輕了左旋多巴所致的異動癥[12]。此外，移植后α-突觸核蛋白可出現(xiàn)從宿主到移植物的轉(zhuǎn)移，從而影響TH的表達[13]?？傮w而言，目前fVM細胞治療PD效果仍褒貶不一。最近，歐盟資助了1項多中心fVM移植臨床試驗TRANSEURO[14]，并列出了詳細的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，該研究更傾向于選擇年輕并處于疾病早期階段的患者作為研究對象，雖然這并不能完全代表PD的普遍狀態(tài)，但TRANSEURO仍被人們寄予了很高的期望[15]。

3 干細胞治療帕金森病

干細胞是指能夠自我更新并向多種細胞進行分化的一類細胞。干細胞的發(fā)現(xiàn)為PD的治療提供了新希望，已成為細胞治療疾病的重要來源之一。目前為止用于PD治療研究的干細胞主要來源有ESCs、iPSCs、間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)、神經(jīng)干細胞、誘導(dǎo)DA神經(jīng)元和誘導(dǎo)神經(jīng)干細胞等。

3.1 胚胎干細胞 ESCs進行PD治療應(yīng)首先進行體外分化，分化為DA前體細胞或DA神經(jīng)元后再移植到PD動物模型中。早前，大鼠實驗證實了ESCs的移植可顯著緩解運動癥狀[16]。近期中國科學(xué)院的科學(xué)家成功構(gòu)建了可用于臨床的人單性生殖的胚胎干細胞(human parthenogenetic embryonic stem cells,hPESC)[17]，移植到靈長類動物腦內(nèi)能顯著緩解PD運動癥狀和增加紋狀體DA含量[18]。鄭州大學(xué)也正式開展了ESCs治療PD的臨床試驗[19]。然而ESCs需從受精胚胎中獲得，這使其應(yīng)用受到極大的倫理學(xué)爭議。此外，ESCs在體內(nèi)仍然保留很強的增殖能力，成瘤風(fēng)險仍是目前需要解決的一大問題。已有研究者通過基因工程技術(shù)使轉(zhuǎn)錄因子MEF2在人ESCs中持續(xù)保持激活狀態(tài)，通過激活DA神經(jīng)元分化必須的Nurr1基因以促進DA神經(jīng)元分化，從而抑制了ESCs在體內(nèi)的過度增殖[20-21]。

3.2 誘導(dǎo)多能干細胞 iPSCs是從成體體細胞(例如皮膚成纖維細胞)重編程而獲得。iPSCs的來源使其具有允許自體移植并能持續(xù)供應(yīng)的特點。這一特點可以克服異體移植所導(dǎo)致的免疫排斥反應(yīng)，并避免ESCs類似的倫理問題。從2008年開始，人們陸續(xù)從PD患者中提取特異性的iPSCs，用于PD發(fā)病機制和表型確定的研究，為實現(xiàn)個體化治療做準(zhǔn)備[22-25]。已發(fā)現(xiàn)PD患者的iPSCs的DA神經(jīng)元較正常神經(jīng)元可產(chǎn)生雙倍的α-突觸核蛋白[26]，并且在神經(jīng)元成熟相關(guān)基因的表達上有明顯差異[27]。就iPSCs的臨床應(yīng)用而言，安全性和效能是一個主要問題，目前已開發(fā)了多種修飾方法以保證iPSCs的安全性，例如篩選出NCAM(+)/CD29(低)的iPSCs細胞[28]、只添加Oct3/4和Klf4[29]、添加重組蛋白等[30]。最近，Hallett等[31]將iPSCs在PD食蟹猴模型中進行自體移植，發(fā)現(xiàn)在不使用免疫抑制劑的情況下，食蟹猴的行為障礙有了明顯的改善。另一臨床前試驗也證實了人iPSCs源性DA神經(jīng)元移植到食蟹猴PD模型后有顯著療效且并無成瘤[32]。2016年和2018年，澳大利亞和日本已相繼啟動了iPSCs治療PD的臨床試驗[33]。

3.3 間充質(zhì)細胞 MSCs是一種多能成體干細胞，源自骨髓的多能細胞可以分化成中胚層譜系的各種細胞，但也具有分化成上皮細胞、內(nèi)皮細胞和神經(jīng)細胞的能力。將MSCs移植到PD小鼠紋狀體后可正常生存并表達TH[34]。有研究表明，將MSCs與具有藥理活性的微載體共同導(dǎo)入PD動物模型后，可增加TH的表達，并緩解其行為學(xué)癥狀[35]。MSCs移植后的細胞功能修復(fù)作用可能與凋亡、泛素蛋白酶系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和免疫抑制相關(guān)可溶性分子的釋放有關(guān)，從而抑制DA神經(jīng)元退化過程中的微環(huán)境級聯(lián)反應(yīng)[36]。2010年，印度科學(xué)家進行了MSCs單側(cè)自體移植治療PD的臨床實驗，但由于樣本數(shù)和無對照等原因，該實驗并未有效證實MSCs的療效[37]。2年后，該團隊再次進行了MSCs的體內(nèi)試驗，發(fā)現(xiàn)在PD早期進行移植的患者較晚期移植有更好的療效，該臨床試驗也再次證實了MSCs移植的安全性[38]。國內(nèi)的臨床研究也顯示經(jīng)頸動脈移植的臍帶源性MSCs后，PD患者的UPDRS評分明顯增高，腦組織功能有效改善[39]。目前關(guān)于MSCs治療PD的更多的臨床試驗也已開始[40]，其中細胞培養(yǎng)條件、移植數(shù)量和MSCs有無更好組織來源還需進一步研究。

4 細胞治療帕金森病的挑戰(zhàn)

目前細胞治療PD的臨床應(yīng)用還存在很多挑戰(zhàn)：①保證細胞移植的安全性。在臨床前和臨床試驗中，應(yīng)嚴(yán)格評估移植后成瘤性和術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。已證實細胞分選所得的高純度DA細胞可降低成瘤風(fēng)險，減少移植物中5-羥色胺能神經(jīng)元的數(shù)量也可降低GIDs的發(fā)生。②合理選擇移植部位和有效引導(dǎo)移植細胞的移植。目前細胞移植部位的選擇呈現(xiàn)多樣化，合理地選擇移植途徑對療效有一定影響。③移植物在宿主腦內(nèi)的整合和建立長期穩(wěn)定的移植后細胞功能網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)環(huán)路。在臨床前試驗中應(yīng)嚴(yán)格評估軸突生長和DA釋放的能力及PD相關(guān)癥狀的改善程度，了解移植物的效力如生長能力才能幫助確定移植細胞的數(shù)量。④臨床試驗患者的選擇。為了證明細胞治療的安全性，應(yīng)選擇仍有治療價值但處于疾病相對后期的患者。為了證明療效，應(yīng)選擇PD早期的患者，因為此時DA去神經(jīng)支配主要存在于尾狀殼核，還未在前腦擴散[33,41]?？傊?，目前仍沒有一種完美的PD細胞治療方法，不同細胞來源治療PD各有利弊，但自從30多年前進行了第1次臨床試驗以來，PD的細胞治療已經(jīng)取得了穩(wěn)定的進展，加上細胞移植尤其是干細胞技術(shù)的不斷發(fā)展，我們相信PD細胞治療的臨床前景將不可估量。