骨髓间充质干细胞治疗帕金森病的研究进展



骨髓间充质干细胞治疗帕金森病的研究进展

王万松屈新辉1,2吴晓牧1,2

(南昌大学医学院,江西南昌330006)

关键词〔〕骨髓间充质干细胞；移植；帕金森病

1江西省人民医院神经内科2江西省神经病学研究所

第一作者：王万松(1988-)，男，硕士，主要从事帕金森病及运动障碍疾病研究。

帕金森病(PD)临床以静止性震颤、肌强直、运动迟缓和姿势步态异常为主要表现。病因众多，发病机制复杂不明。病理上神经元变性以中脑黑质部位的多巴胺(DA)能神经元为主，但不局限于该部位〔1〕。路易小体形成是其病理特点。PD并发症是死亡的主要原因。目前针对PD的治疗措施主要为药物和手术治疗，但也产生了一系列副作用，严重影响患者生活质量。更为重要的是现行的治疗不能保护残存的DA能神经元，不能终止PD的进展。随着骨髓间充质干细胞(BMSC)应用的兴起，学者发现利用BMSC治疗PD具有巨大的优势。本文就BMSC治疗PD作一综述。

1BMSC的特性

BMSC是存在于骨髓中的非造血成分，构成了造血细胞的微环境。最早由Friedenstein分离培养〔2〕，最先由Caplan命名为BMSC并且沿用至今〔3〕。BMSC外形如纺锤状，因可持续表达纤连蛋白〔4〕，故贴壁集落生长，有利于分离纯化。固定表达经典表面标志物，有利于细胞流式鉴定。BMSC源于中胚层，具有自我更新能力和多向分化能力，可向骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞等中胚层细胞分化，同时BMSC可向其他胚层来源的细胞分化，包括神经细胞〔5〕。诱导BMSC为神经细胞的媒介通常为化学物质、信号分子、生长因子和营养因子。但是在体外诱导BMSC为神经细胞的有效性仍然存在争议，尤其化学物质存在的细胞毒性，将会影响细胞骨架的稳定和变形能力，其他诱导方式却可以避免上述弊端，但是Thomas等〔6〕则发现生长因子诱导的结果却是形态上相似、功能上欠缺的神经样细胞。BMSC置于不同的环境下或纹状体提取物中，BMSC可以改变其表型、开始表达神经细胞和胶质细胞的标志物〔7〕。

文献〔8〕证实BMSC具有抗炎作用，在败血症动物模型中，BMSC通过影响巨噬细胞产生细胞因子而提高败血症动物的存活。同时Schafer等〔9〕则发现BMSC可以抑制胶质细胞的活化，证实BMSC具有免疫抑制作用。Venkataramana等〔10〕则证实异体BMSC移植的安全性。Whone等〔11〕则发现BMSC可在氧化应激和炎症刺激下释放胶质源性神经营养因子(GDNF)，具有分泌营养因子的功能。相对其他细胞，BMSC来源稳定、方便取材、易于培养、扩增时间短、低免疫源性、无道德伦理限制，所以更具优势。

2BMSC和诱导分化的BMSC治疗PD

几乎在所有动物实验中，BMSC都能够有效改善动物的旋转行为，这可能是DA神经通路得到修复。Jackson等〔12〕向纹状体移植BMSC发现，在改善动物旋转行为的同时，TH阳性细胞数明显增多，并且少量BMSC分化为星形胶质细胞。而Chao等〔13〕移植BMSC入PD大鼠模型中也观察到了TH阳性细胞数的增多，但是却未发现BMSC分化为神经细胞或是胶质细胞。在另一项研究中，Cova等〔14〕向室管膜下区移植BMSC后，发现有明显的神经细胞发生和脑源性神经营养因子(BDNF)的分泌，认为BMSC分泌的营养因子在修复病损区具有十分重要的作用。 但是，就目前而言，移植BMSC治疗PD有其局限性，因为BMSC在体内极为少数分化为神经细胞，分泌营养因子持续时间短暂不稳定，且存活时间短暂。为此，将BMSC诱导分化为目的细胞成为当前的一种新思路。

有学者将BMSC诱导为神经细胞，移植后BMSC营养效果加强，但是未见BMSC分化为DA能神经元〔15〕，仅仅是在形态和表面标记物上趋于神经元样变化。同样有学者将BMSC诱导为营养因子分泌细胞(NTF-SC)，虽然能更好地保护DA能神经元，但是NTF-SC不能稳定地释放营养因子〔16〕；BMSC虽可向病损区迁徙，但在体内存活时间有限。

很多动物实验移植未分化和已诱导分化的BMSC治疗PD动物模型，虽然动物模型在功能上得到了改善，但是疗效有限，虽然结果互相补充，但较为片面，有时互相矛盾，所以目前仍未确立最佳的移植模式。因此有许多需解决的问题，诱导BMSC为DA能神经元的最佳途径；是否需要在移植前诱导BMSC，影响BMSC的定植和存活能力的决定因素。

3BMSC作为基因工程载体治疗PD

移植基因修饰的BMSC治疗PD可以规避诱导BMSC所出现的问题，直接向病损区域提供目的蛋白。Zou等〔17〕重组TH基因转染BMSC，移植入侧脑室后，发现更为有效地保护中脑DA能神经元。Moloney等〔18〕将BDNF基因转染BMSC后移植入模型纹状体内，发现BDNF强烈表达并加强TH的表达。但是，通过基因修饰BMSC来充分表达神经营养因子，对延长BMSC的存活时间却未见益处〔19〕。也就是说，虽然通过基因工程可以使BMSC持续表达目的蛋白，但持续时间仍受限于BMSC的有限存活时间。BMSC治疗PD的优点：①在动物实验中都能显著改善旋转行为；②移植后未发生肿瘤形成等恶性事件〔20〕；③是基因工程治疗PD的良好载体。BMSC治疗PD的缺点在于BMSC在体内存活时间较短，效果有限。

4脑内移植部位的选择

脑内移植部位主要有以下几个部位：①纹状体：纹状体是病损区，直接将BMSC注入靶点，提高BMSC的利用率。②黑质：黑质发出DA神经到达纹状体，移植BMSC入黑质，有利于重建神经通路。③侧脑室：侧脑室富含可以营养支持BMSC的脑脊液，有利于BMSC的存活和减少脑组织的手术创伤。④侧脑室的室管膜下区：该区是脑内干细胞、祖细胞最丰富的区域，是神经发生的所在地，BMSC可促进神经发生〔14〕。但是颅内移植操作复杂，风险较高，手术创伤损害脑组织，移植部位易受挤压，脑室移植造成颅压增高，这些不利因素都应予以权衡。

5BMSC治疗PD的机制

有众多实验研究BMSC治疗PD的具体机制，但尚未达成一致，主要观点有：①细胞替代学说：移植入病区的BMSC分化为DA能神经元，或是激活室管膜下层或纹状体区的内源性神经干细胞，替代丢失的DA能神经细胞。实验证实BMSC移植后表现出DA能神经元的特性〔21〕，但是也有实验没有观察到移植入病区的BMSC分化为DA能神经元，并且在移植后的第28天BMSC全部消失〔12〕。②神经营养学说：在6-羫基多巴(6-OHDA)诱导的PD动物模型中，移植BMSC入侧脑室室管膜下区后，发现受损区域的细胞增生和成神经迁移明显增强，这可能和BMSC持续分泌的营养因子有关〔14〕。实验证实BMSC可以释放神经生长因子(NGF)、NGF-3、BDNF和Neurturin〔13〕，BMSC或许固有神经营养功能。③免疫调节和炎症抑制学说：BMSC不表达主要组织相容性复合体(MCH)〔22〕，且不激活T细胞发生细胞免疫，BMSC可抑制肿瘤坏死因子(TNF)-γ、白细胞介素(IL)-1β、IL-6和IL-10等炎症因子的释放〔23〕。同时BMSC可以抑制小胶质细胞增殖〔24〕。④内源性修复学说：虽然中枢神经系统的修复能力目前存在争论，但是实验证实BMSC促进室管膜下层的细胞增殖，支持祖细胞的生成，动员内源性干细胞、星形胶质细胞，通过神经发生、神经保护和神经通路重塑，以达到修复损伤部位〔14〕。必须指出的是，PD的具体病因和发病机制不明也阻碍了研究BMSC治疗PD的具体机制。但是目前认为BMSC治疗PD是通过多重机制来阻止PD的进展甚至有可能逆转病程。

参考文献6

1Politis M,Wu K,Loane C,etal. Staging of serotonergic dysfunction in Parkinson's disease:an in vivo11C-DASB PET study〔J〕. Neurobiol Dis，2010；40:216-21.

2Friedenstein AJ,Chailakhyan RK,Latsinik NV,etal.Stromal cells responsible for transferring the microenvironment of the hemopoietic tissues. Cloning in vitro and retransplantation in vivo〔J〕.Transplantation,1974；17:331-40.

3Caplan AI. Mesenchymal stem cells〔J〕.J Orthop Res,1991；9:641-50.

4Hermann A,Liebau S,Gastl R,etal. Comparative analysis of neuroectodermal differentiation capacity of human bone marrow stromal cells using various conversion protocols〔J〕.J Neurosci Res，2006；83:1502-14.

5Zhao YC,Xin J,Sun CH,etal. Safrole oxide induced neuronal differentiation of rat bone-marrow mesenchymal stem cells by elevating Hsp70〔J〕.Gene ,2012；509 :85-92.

6Thomas MG,Stone L,Evill L,etal.Bone marrow stromal cells as replacement cells for Parkinson's disease:generation of an anatomical but not functional neuronal phenotype〔J〕.Translat Res,2011；157:56-63.

7Yang S，Gao Q，Bao L，etal. Striatal extracts promote the dopaminergic differentiation of GFP-bone mesenchymal stem cells〔J〕.Neurosci Lett,2012;530:115-20.

8Nemeth K,Leelahavanichkul A,Yuen PST,etal. Bone marrow stromal cells attenuate spepsis via prostaglandin E2-dependent reprogramming of host macrophages to increase their interleukin-10 production〔J〕.Nat Med,2009;15:42-9.

9Schfer S,Calas AG,Vergouts M,etal. Immunomodulatory influence of bone marrow-derived mesenchymal stem cells on neuroinflammation in astrocyte cultures〔J〕.J Neuroimmunol,2012;249:40-8.

10Venkataramana NK,Pal R，Rao SA,etal. Bilateral transplantation of allogenic adult human bone marrow derived mesenchymal stem cells into the subventricular zone of parkinson disease:a pilot clinical study〔J〕.Stem Cells Int,2012；2012:1-12.

11Whone A，Kemp K，Sun M，etal.Scolding Human bone marrow mesenchymal stem cells protect catecholaminergic and serotonergic neuronal perikarya and transporter function from oxidative stress by the secretion of glial-derived neurotrophic factor〔J〕.Brain Res,2012;1431:86-96.

12Jackson J,Chapon C,Jones W,etal. In vivo multimodal imaging of stem cell transplantation in a rodent model of Parkinson's disease〔J〕.J Neurosci Meth,2009;183:141-8.

13Chao YX,He BP,Tay SS. Mesenchymal stem cell transplantation attenuates blood brain barrier damage and neuroinflammation and protects dopaminergic neurons against MPTP toxicity in the substantia nigra in a model of Parkinson's disease〔J〕.J Neuroimmunol,2009;216:39-50.

14Cova L，Armentero MT，Zennaro E，etal. Multiple neurogenic and neurorescue effects of human mesenchymal stem cell after transplantation in an experimental model of Parkinson's disease〔J〕.Bra Res,2010;1311:12-27.

15Xiong N,Yang H,Liu L,etal. bFGF promotes the differentiation and effectiveness of human bone marrow mesenchymal stem cells in a rotenone model for Parkinson's disease〔J〕.Environmental Toxicol pharmacol,2013;36:411-22.

16Sadan O,Bahat-Stromza M,Barhum Y,etal.Protective effects of neurotrophic factor-screting cells in a 6-OHDA rat model of parkinson disease〔J〕.Stem Cell Dev,2009;18(8):1179-90.

17Zou Z，Jiang X，Zhang W，etal.Efficacy of tyrosine hydroxylase gene modified neural stem cells derived from bone marrow on parkinson's disease- a rat model study〔J〕.Br Res，2010;1346:279-86.

18Moloney TC，Rooney GE，Barry FP，etal. Potential of rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells as vehicles for delivery of neurotrophins to the Parkinsonian rat brain〔J〕.Br Res，2010;1359:33-43.

19Moloney TC,Dockery P,Windebank AJ,etal.Survival and immunogenicity of mesenchymal stem cells from the green fluorescent protein transgenic rat in the adult rat brain〔J〕.Neurorehabil Neural Repair,2010;24:645-56.

20Venkataramana NK,Kumar SK，Balaraju S,etal. Open-labeled study of unilateral autologous bone-marrow-derived mesenchymal stem cell transplantation in Parkinson's disease〔J〕.Trans Res,2010;155(2):62-70.

21Levy YS,Bahat-Stroomza M,Barzilay R,etal. Regenerative effect of neural induced human mesenchymal stromal cells in ratmodels of Parkinson's disease〔J〕.Cytotherapy,2008;10:340-52.

22Dong IJ,Feong in H,Byeong TK,etal. A comparison of autologous and allogenic bone marrow derived mesenchymal stem cell transplantation in canine spinal injury〔J〕.J Neurol Sci,2009;285:67-77.

23Zhao YJ,Yang C,Wang HY,etal.Therapeutic effects of bone marrow-derived mesenchymal stem cells on pulmonary impact injury complicated with endotoxemia in rats〔J〕.Int Immunopharmacol，2013;15:246-53.

24Ooi YY,Ramasamy R,Rahmat Z,etal.Bone marrow-derived mesenchymal stem cells modulate BV2 microglia responses to lipopolysaccharide〔J〕.Int Immunopharmacol,2010;10:1532-40.

〔2014-04-19修回〕

(编辑杜娟)

通讯作者：屈新辉(1970-)，男，主任医师，硕士，主要从事帕金森病及运动障碍疾病研究。

中图分类号〔〕R742.5〔

文献标识码〕A〔

文章编号〕1005-9202(2015)21-6311-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.21.145