干細(xì)胞治療中樞神經(jīng)退行性疾病的研究進(jìn)展*

周 紅,阮 英,吳 喆,吳紅年**,寧志豐

(1.湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室,湖北 咸寧 437100;2.湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部臨床醫(yī)學(xué)院皮膚病學(xué)教研室;3.湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院組胚學(xué)教研室)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病是指因慢性進(jìn)行性中樞神經(jīng)組織退變而引發(fā)的相關(guān)病癥,主要有阿爾茨海默病、帕金森病、創(chuàng)傷性腦損傷、亨廷頓病、多發(fā)性硬化、肌萎縮側(cè)索硬化癥等[1]。大腦及脊髓細(xì)胞與組織大多擁有無(wú)法再生特性,因此,當(dāng)這類組織或細(xì)胞出現(xiàn)損傷時(shí),病情無(wú)法逆轉(zhuǎn),對(duì)患者的傷害通常是毀滅性的。針對(duì)這種情況,外源性功能細(xì)胞移植可作為一種相對(duì)有效的措施,而干細(xì)胞正好具有再生各類組織器官的潛能,可作為“種子細(xì)胞”運(yùn)用至各類疾病治療中,有著廣闊的醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景,是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注的前沿焦點(diǎn),并已發(fā)展為衡量國(guó)家科技實(shí)力的重要體現(xiàn)之一,在免疫排斥、細(xì)胞治療、疑難雜癥治療、創(chuàng)傷修復(fù)、組織工程等領(lǐng)域有著良好的運(yùn)用空間[2-3]。本文綜述干細(xì)胞治療中樞神經(jīng)退行性疾病的現(xiàn)狀,為后續(xù)學(xué)者提供一定的參考。

1 治療阿爾茨海默病

細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)元纖維纏結(jié)、細(xì)胞外淀粉樣蛋白沉積、神經(jīng)元丟失等是阿爾茨海默病的主要病理特點(diǎn),其中神經(jīng)元丟失是導(dǎo)致患者功能受損的根本因素之一。現(xiàn)今主要采用減緩癥狀的方式對(duì)本病進(jìn)行干預(yù),未能從根本上解決病理特征。由于神經(jīng)再生理論逐步完善,干細(xì)胞體外培養(yǎng)日漸成熟,為阿爾茨海默病的治療提供了新的思路[4]。

干細(xì)胞產(chǎn)生的多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)神經(jīng)可塑性進(jìn)行調(diào)節(jié),有提高腦乙酰膽堿指標(biāo)的可能性,繼而改善動(dòng)物模型中的認(rèn)知及記憶能力。相關(guān)神經(jīng)干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明[5-6],干細(xì)胞在人體外也可以進(jìn)行增殖,同時(shí)可以分化為神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞等,具有顯著的播散及遷徙功能,將其作為細(xì)胞替代療法有助于彌補(bǔ)阿爾茨海默病患者腦部丟失的神經(jīng)元,是該病治療的理想細(xì)胞供體。

阿爾茨海默病認(rèn)知障礙的主要影響因素是神經(jīng)炎癥,同時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)系統(tǒng)炎癥中起重要作用,這種細(xì)胞也是大腦中重要的免疫細(xì)胞。目前有關(guān)干細(xì)胞移植選用小膠質(zhì)細(xì)胞作為靶點(diǎn)來(lái)治療阿爾茨海默病的研究,小膠質(zhì)細(xì)胞有著抗炎、促炎的功能,促炎因子可加劇中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損,但抗炎因子有利于神經(jīng)功能改善[7]。其次,小膠質(zhì)細(xì)胞為Aβ斑塊的一類有效激活劑,能夠利用慢性促炎反應(yīng)在Aβ斑塊中作用,加速其沉積,可促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞形成神經(jīng)毒素及細(xì)胞因子,造成突觸丟失與神經(jīng)元受損傷,導(dǎo)致神經(jīng)變性,從而產(chǎn)生惡性循環(huán)[8-9]。小膠質(zhì)細(xì)胞能借助轉(zhuǎn)換表型促進(jìn)其抗炎作用,而該轉(zhuǎn)換需依托干細(xì)胞移植實(shí)現(xiàn)。在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植至淀粉樣前體蛋白的小鼠海馬試驗(yàn)中,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可利用小膠質(zhì)細(xì)胞激活、調(diào)節(jié)Aβ斑塊形成、降低沉積等,阻滯神經(jīng)毒性,同時(shí)能借助神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子分化成神經(jīng)元樣細(xì)胞,促進(jìn)認(rèn)知功能調(diào)節(jié)[10-11]。但是,目前干細(xì)胞移植方案尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),且干細(xì)胞治療的安全性和有效性有待深入論證,方可應(yīng)用于臨床實(shí)踐[12]。

2 治療帕金森病

帕金森病屬于一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,其重要病理改變是因?yàn)橹心X黑質(zhì)區(qū)域多巴胺能神經(jīng)元變性壞死,其臨床多表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)遲緩、強(qiáng)直、姿勢(shì)步態(tài)異常、麻痹、震顫等,也可以使神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺與相應(yīng)代謝產(chǎn)物水平降低,路易小體的形成是構(gòu)成多巴胺能神經(jīng)元壞死的最直接因素[13]。目前帕金森病多通過(guò)手術(shù)及藥物治療,且傳統(tǒng)藥物大部分屬于左旋多巴類制劑,僅限于癥狀及體征緩解,無(wú)法抑制疾病進(jìn)展,同時(shí)有明顯的不良反應(yīng)[14]。

有研究分析了多巴胺神經(jīng)元聯(lián)合神經(jīng)干細(xì)胞移植對(duì)帕金森病大鼠運(yùn)動(dòng)障礙的作用,實(shí)驗(yàn)表明[15],聯(lián)合組的藍(lán)色顆粒數(shù)量和擴(kuò)散區(qū)域均更高,且聯(lián)合組的酪氨酸羥化酶、巢蛋白、綠色熒光蛋白陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)、TH/GFP、Nestin/GFP指標(biāo)也更高,GFAP/GFP和酸性纖維蛋白陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)則較低(P<0.01)。通過(guò)這個(gè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可以看出,帕金森病大鼠應(yīng)用神經(jīng)干細(xì)胞移植聯(lián)合多巴胺神經(jīng)元可以顯著改善大鼠的運(yùn)動(dòng)能力,同時(shí)促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的遷移、定植和分化。周靖等[16]表示,神經(jīng)干細(xì)胞移植能夠調(diào)節(jié)帕金森病大鼠的行為學(xué)癥狀,降低白細(xì)胞介素1β水平,并減少其腦內(nèi)促炎性因子腫瘤壞死因子α,增加抗炎因子白細(xì)胞介素4指標(biāo)。另外,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞不僅能夠分泌神經(jīng)元營(yíng)養(yǎng)因子,同時(shí)可起到神經(jīng)保護(hù)、生成血管、免疫調(diào)節(jié)以及激發(fā)駐地干細(xì)胞分化等效果,發(fā)揮趨化作用。還有研究證明[17],神經(jīng)生長(zhǎng)因子可選擇性地促使神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺神經(jīng)元存活,同時(shí),可以激發(fā)神經(jīng)元軸突纖維生長(zhǎng)。但神經(jīng)干細(xì)胞來(lái)源受限于倫理因素,并且移植后療效不穩(wěn)定,遠(yuǎn)期療效有待深入研究[18]。另外,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞取材具有侵入性,增殖分化潛能有限,存活率低,遷移機(jī)制有待繼續(xù)探討。

3 治療創(chuàng)傷性腦損傷

創(chuàng)傷性腦損傷是一種常見且危害性較大的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,影響患者健康的首要因素是血腦屏障功能的破壞。創(chuàng)傷性腦病除了原發(fā)病變(物理撞擊)外,血腦屏障功能的變化也是一個(gè)重要的原因,其完整性的變化影響到患者神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)代謝異常及炎癥惡化,從而進(jìn)一步損傷患者的腦功能,甚至引起腦死亡。因此,保障血腦屏障的完整性在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)中有著關(guān)鍵作用[19]。陳江龍等[20]發(fā)現(xiàn)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞組和與腦損傷模型組相比,其伊文思藍(lán)水平、腦含水量、vWF以及GFAP表達(dá)顯著減少(P<0.05),此外,Oclaudin-5、ZO-1、PDGFR-β蛋白表達(dá)顯著增長(zhǎng)(P<0.05)。研究結(jié)果表明人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞有助于減少創(chuàng)傷性腦損傷大鼠血腦屏障的通透性,起到保護(hù)神經(jīng)的效果。張震文等[21]提出,人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在腦外傷后能夠促使神經(jīng)功能恢復(fù),阻滯膠質(zhì)細(xì)胞活化過(guò)度,發(fā)揮神經(jīng)元細(xì)胞的保護(hù)作用,同時(shí)能降低細(xì)胞凋亡。間充質(zhì)干細(xì)胞在治療創(chuàng)傷性腦損傷中的臨床價(jià)值得到肯定,但面臨著形成腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)和外來(lái)因子的傳播[22]。

4 治療亨廷頓病

亨廷頓病是一種致命的神經(jīng)退行性疾病,通常以常染色體顯性遺傳方式遺傳,主要由染色體4p16.3上亨廷頓(HTT)基因內(nèi)的CAG(胞嘧啶-腺嘌呤-鳥嘌呤)三重重復(fù)擴(kuò)增異常引起,亨廷頓病的患者會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重精神癥狀和認(rèn)知障礙[23]。亨廷頓病尚無(wú)有效治療方法,疾病進(jìn)展在出現(xiàn)首發(fā)癥狀后持續(xù)15～20年,目前的治療是姑息性的,不會(huì)改變疾病的進(jìn)程。

大量學(xué)者也將干細(xì)胞療法引進(jìn)亨廷頓病的治療當(dāng)中[24-26]。陳波等[24]研究表明在亨廷頓病模型組中,大鼠的功能缺失會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重,在將多能干細(xì)胞移植到亨廷頓病模型中后,亨廷頓病大鼠的行為缺陷得到有效改善。還有研究[25]表明間充質(zhì)干細(xì)胞移植到動(dòng)物模型后,動(dòng)物的記憶功能得到有效改善,紋狀體萎縮明顯減少,側(cè)腦室體積趨于正常。國(guó)外研究者[26]提出在將人間充質(zhì)干細(xì)胞移植入模型小鼠后,小鼠的神經(jīng)缺陷得到改善,平均生存能力上升。Smith等的研究[28]證明了間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)亨廷頓病的治療潛力,但關(guān)于其長(zhǎng)期的安全性和有效性的文獻(xiàn)報(bào)道較少,干細(xì)胞替代治療的局限性也亟待突破。

5 治療多發(fā)性硬化癥

多發(fā)性硬化癥是一種以脫髓鞘和軸突變性為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥性疾病,患者通常會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀,包括共濟(jì)失調(diào)、疲勞和感覺(jué)障礙[27]。多發(fā)性硬化癥的治療目前缺乏明確的生物學(xué)靶點(diǎn),批準(zhǔn)用于治療的少數(shù)藥物通常在療效方面受到限制。

國(guó)內(nèi)研究[29-31]表明間充質(zhì)干細(xì)胞可用于治療多發(fā)性硬化癥,肯定了其療效和治療可能性。高俊山等[31]研究證明骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療能夠有效提升CD4+、CD25+T細(xì)胞頻數(shù),改善患者神經(jīng)功能和免疫機(jī)制,有利于多發(fā)性硬化癥的痊愈。但間充質(zhì)干細(xì)胞移植會(huì)導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)免疫排斥反應(yīng),劑量和周期尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。此外,國(guó)外研究提出自體造血干細(xì)胞移植正在成為多發(fā)性硬化癥有價(jià)值的治療選擇[32]。自體造血干細(xì)胞移植可以破壞并從造血干細(xì)胞中重建免疫系統(tǒng),完全抑制80%的多發(fā)性硬化癥患者疾病活動(dòng)4～5年,高于任何多發(fā)性硬化癥的治療療效,特別是對(duì)于年輕、能走動(dòng)且具有炎癥性多發(fā)性硬化癥患者[33]。目前,有良好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐自體造血干細(xì)胞移植的有效性和安全性[32],并且EBMT提供了關(guān)于移植的建議和預(yù)處理方案的指南[34],但仍需要進(jìn)行嚴(yán)格的臨床試驗(yàn)來(lái)測(cè)試自體造血干細(xì)胞移植的療效、安全性和成本效益。

6 治療肌萎縮側(cè)索硬化癥

肌萎縮側(cè)索硬化癥是一種皮質(zhì)、腦干和脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的神經(jīng)退行性疾病,患者通常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)行性肌肉無(wú)力和萎縮、呼吸衰竭、甚至死亡[35],目前并無(wú)任何治療方法可以阻止或逆轉(zhuǎn)這種疾病,因此,需要尋找新型并且有效的治療靶點(diǎn)和方案。

國(guó)外研究表明[36]將間充質(zhì)干細(xì)胞植入有癥狀的肌萎縮側(cè)索硬化癥大鼠,會(huì)影響大鼠運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的凋亡程度,支持較大尺寸神經(jīng)元的存活,并改變受影響的細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞因子穩(wěn)態(tài)。兩次重復(fù)使用鞘內(nèi)自體骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞在肌萎縮側(cè)索硬化癥患者中顯示出顯著的治療作用和安全性,可調(diào)節(jié)患者的免疫炎癥[37]。此外,造血干細(xì)胞移植已被證明能夠抑制肌萎縮側(cè)索硬化癥的炎癥反應(yīng)和調(diào)節(jié)免疫功能,憑借其易于采集和給藥無(wú)創(chuàng)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),使其成為肌萎縮側(cè)索硬化癥的可靠臨床治療方法[35]。即使大量研究已經(jīng)證實(shí)了干細(xì)胞治療肌萎縮側(cè)索硬化癥的安全性和治療益處,但仍需進(jìn)行長(zhǎng)期研究來(lái)確定這些療法的可行性和最佳劑量[38-39]。

7 結(jié) 論

綜上所述,近年來(lái)干細(xì)胞研究已逐步在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到不同程度的應(yīng)用,有良好的發(fā)展前景,但其在臨床治療中仍面臨著諸多障礙與挑戰(zhàn)。移植干細(xì)胞來(lái)源的膠質(zhì)細(xì)胞或神經(jīng)元至宿主腦內(nèi)后,其長(zhǎng)時(shí)間的存活率以及表型穩(wěn)定性尚不理想,同時(shí),雖然干細(xì)胞來(lái)源的神經(jīng)細(xì)胞已通過(guò)高度純化,但還是會(huì)存在雜質(zhì)細(xì)胞,其和宿主之間產(chǎn)生的作用也難以預(yù)估,且在移植后可能有少部分干細(xì)胞不僅未分化,反而進(jìn)展為腫瘤。因此,今后還待通過(guò)大樣本、多中心的臨床試驗(yàn)分析干細(xì)胞在中樞神經(jīng)退行性疾病中的有效性和安全性。