间充质干细胞治疗阿尔茨海默病的现状与展望

徐如祥 杨超 陈强 张洪钿

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）也称为老年性痴呆症，是一种起病隐匿、进行性发展的神经系统退行性疾病。临床上以记忆障碍、失语、失用、失认、视空间技能损害、执行功能障碍以及人格和行为改变等全面性痴呆表现为特征，其病理改变主要为基底节区的胆碱能神经细胞广泛死亡，乙酰胆碱化酶和乙酰胆碱含量显著减少，脑中广泛的神经纤维缠结（主要成分为高度磷酸化tau蛋白）及脑内β-淀粉样蛋白过度积累等[1-2]。目前临床上治疗AD，主要是采用药物对症处理控制伴发的精神病理症状，包括抗焦虑药、抗抑郁药以及抗精神病药，但疗效一般短暂[3]；另一种是作用于神经递质类药物或脑代谢赋活药物，主要用于改善认知[2,4]。AD目前尚无特效治疗药物，现有药物疗效不明显，尤其对于中晚期患者更是如此。晚期AD因无特效治疗缓解病情，最终发展为严重痴呆，大多数患者死于并发症[3]。本文主要分析AD的研究现状，展望间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的治疗前景。

一、AD相关的药物研发

国际制药巨头公司一直在聚焦AD的新药研发，但是进展并不顺利。2016年11月23日，礼来制药公司（Lilly）进行了一项长达27年的研究，投入了近30亿美元，研发抗AD新药Solanezumab，在Ⅲ期试验中宣告失败。2017年2月14日，默沙东制药公司研发治疗AD的新药Verubecestat，也被告知“几乎不可能得到一个积极的临床结果” 而终止其临床试验，这给万众瞩目的AD新药研发泼了一盆冷水。

有Meta文献分析，1990～2018年中国AD患病率为3.4%，预测到2050年60岁以上的老年人患病人数将是2010年的2.52倍，老年人口在2010～2050年大幅增加，2050年预计我国AD的直接经济负担将达每年7453.21亿元[5-6]。伴随未来老年人口的增加，AD患病人数逐年上升，需探寻对AD有效的治疗药物或新方法。

二、干细胞与AD

在探寻新药治疗AD屡屡受挫的情况下，科学家们把目标转向神经干细胞 （neural stem cells，NSCs）治疗AD的新尝试。NSCs的来源包括胚胎干细胞、诱导性多能干细胞和成体MSCs等。由于胚胎干细胞和诱导性多能干细胞存在致瘤性风险，多数研究者将目标聚焦到成体间充质细胞来源的干细胞[7-8]。然而MSCs属于中胚层，神经组织属于外胚层，要将成熟的中胚层细胞转分化外胚层神经细胞，这种跨胚层转分化的技术难度很大：（1）转分化的效率低，获取的转分化的NSCs数量有限，临床应用受限；（2）转分化获取的NSCs增殖分化潜能较低，这是MSCs临床应用亟待解决的关键科学技术难题。

胚层分化是由原始外、中、内三个胚层向不同组织结构分化发育的过程。结构的分化伴随着功能的分化，分化过程往往是不可逆的，而且是三个胚层相互依存和相互作用的结果。不同组织有机地联系在一起，构成胚胎的各种原始器官。外胚层主要分化为中枢和周围神经系；内胚层主要分化为消化系统和呼吸系统；中胚层主要分化发育为躯体的真皮、肌肉、骨骼及其他结缔组织和循环系统等。

近期研究显示，MSCs不仅能分化为中胚层系的细胞，还能分化为内胚层和外胚层细胞，包括神经元和胶质细胞[9]。因此，MSCs被广泛研究，以发展基于细胞的治疗策略，特别是对于那些药物治疗效果不佳的疾病。目前已有多种MSCs用于AD的动物实验或临床转化试验，包括脐带MSCs、骨髓MSCs、脂肪干细胞和牙髓干细胞等，基于MSCs的治疗结果较为一致[10-13]。目前绝大多数人体临床试验采用的都是MSCs。MSCs疗效的确切机制尚未完全明确，可能与刺激神经发生和血管生成、抗凋亡、免疫调节和抗炎作用有关[14-17]。考虑到MSCs归巢回到损伤部位，大多数作用将通过其旁分泌的神经营养因子和细胞因子发挥，主要传递到损伤部位[9]。此外，研究发现MSCs移植可以抑制β-淀粉样蛋白以及tau蛋白相关的细胞凋亡，降低β-淀粉样蛋白的沉淀和斑块的形成，刺激神经、突触再生及神经元分化，改善学习和记忆障碍[18-19]。

三、干细胞治疗AD临床试验

在动物实验的基础上，国内外学者也开展了干细胞治疗AD的相关临床试验。韩国生物技术公司Nature Cell将自体脂肪干细胞用于AD的Ⅰ/Ⅱ期临床研究试验已于2016年11月24日获得美国食品药品监督管理局的批准，这款名为“AstroStem”的干细胞药物是从收集的10 g成人腹部皮下脂肪组织中分离得到的一种具有多向分化潜能的干细胞，然后再通过静脉注射10次，每次2亿个细胞，输入到患者体内。在该研究的前期动物实验中发现，选用脂肪干细胞是因为自体人类脂肪来源干细胞不会引起免疫排斥反应、肿瘤发生或伦理问题，且显示静脉移植的人类脂肪来源干细胞可以通过血脑屏障迁移到大脑。静脉注射人类脂肪来源干细胞至少4个月后，AD小鼠模型的学习、记忆和病理均有明显改善，注射人类脂肪来源干细胞的Tg小鼠与注射Tg-sham的小鼠相比，其大脑中淀粉样斑块的数量和5-羟色胺水平显著下降。这一研究首次报道了通过静脉或脑内移植的人类脂肪来源干细胞，通过上调白细胞介素（interleukin，IL）-10和血管内皮生长因子（vascular endothelialgrowthfactor，VEGF），在Tg小鼠大脑中显著挽救了记忆缺陷和神经病理学改变，并可能用于AD的预防和治疗[20]。

2018年3月初，根据日本再生医学安全法案，日本福冈三一诊所使用AstroStem治疗AD的安全性和有效性获得了日本九州认证专业委员会的批准，认证结果同时递交给了日本厚生劳动省九州分局，并于2018年4月11日正式获批。2018年4月12日起，该诊所开始使用AstroStem治疗AD，目前已经开始对3例韩国AD患者进行首次细胞治疗，方案仍是这些患者在2 h内分别注射2亿个细胞，未来他们将每2周接受1次治疗，总共治疗10次，目前试验尚在进行之中。

异体MSCs治疗老年AD的临床应用也有报道。此前，美国Longeveron生物制药公司，宣布自2016年10月至2020年9月招募33例50～80岁的AD患者参与Ⅰ期临床试验，以评估其骨髓异体MSCs产品对老年AD患者治疗的安全性和有效性，这项随机、安慰剂对照和双盲的临床试验，将在佛罗里达州迈阿密大学米勒医学院、迈阿密犹太卫生系统和大脑研究所进行。Longeveron公司的异体MSCs产品来源于年轻健康供体的骨髓，对比从老年AD患者自体脂肪中提取的MSCs，年轻健康供者中获得的高质量的干细胞，很可能具有治疗效果上的优势。根据剂量分为2组，一组接受2×107个细胞的外周静脉注射，另一组接受1×108个细胞外周静脉注射。该项目已在ClinicalTrail上注册，目前还在进行中。

除此之外，在ClinicalTrail上注册的干细胞治疗AD临床研究还有10余项，其中2项由中国机构注册，分别是华南干细胞与再生医学研究中心（合作单位：中山大学附属第三医院）和中国军事医学科学院附属医院（合作单位：北京大学第三医院），均使用的是异体脐带MSCs，其余项目主要为美国和韩国机构。具体信息见表1。

表1 干细胞治疗阿尔茨海默病的12项临床试验项目

国内研究机构选择的脐带MSCs来源于脐带组织，受病源污染的风险小，细胞活力有保障，且干细胞含量非常丰富，增殖能力强，旁分泌细胞因子能力显著强于骨髓MSCs。研究表明MSCs移植的治疗效果与其同宿主细胞之间动态的、交互的旁分泌作用有关[21]。将转基因AD小鼠给予人脐带MSCs治疗，治疗组小鼠脑组织中淀粉样斑块的沉积减少，明显改善了模型小鼠的空间学习能力，缓解了记忆衰退[10,15]。脐带MSCs在显著增加抗炎性细胞因子IL-10表达的同时，也显著下调了促炎性小胶质细胞的激活和促炎性细胞因子IL-1β 和肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）的表达，进一步提示人脐带MSCs促进了AD模型小鼠学习和记忆功能的恢复[15]。

四、干细胞治疗作用评价

MSCs是一类可自我更新和具有多向分化潜能的细胞，已应用于包括AD、帕金森病、脑卒中偏瘫等多种疾病的治疗，动物实验及初步临床试验结果显示效果良好。在干细胞移植技术及方法学方面，包括静脉注射、腰大池注射及脑组织内多靶点定位移植等技术方法，具体特点：（1）静脉注射移植方法最为简便和安全，但是干细胞易受血脑屏障的阻挡，干细胞归巢进入脑内治疗区域的数量极为有限，治疗作用确定性有待评估；（2）腰大池注射移植方法创伤小，干细胞可以通过脑脊液循环到达脑内，但是，存在脑脊液-脑屏障阻碍干细胞归巢，细胞治疗作用的持久性存疑；（3）通过神经导航引导下脑内多靶点阵列精准移植，直接将千万级数量的干细胞输送到治疗靶区，发挥修复治疗的效果持久稳定，但需要专门的设备和技术熟练的多学科团队支持。徐如祥教授团队采用神经导航引导神经干细胞多靶点精准移植技术，将神经干细胞直接移植到受损的运动神经束区域，获得良好的永久性运动功能修复，疗效良好[22-24]。

综上所述，AD采用干细胞移植方式治疗，主要有以下3种方式[25-26]：（1）通过旁分泌免疫调节因子抑制炎症反应，降低炎性因子的释放，减小β-淀粉样蛋白；（2）通过分泌神经营养因子，营养和保护胆碱能神经元，并促进内源性神经元再生；（3）一部分移植的细胞存活并分化为神经元，替代受损的神经细胞，重建认知环路。专家们预测，干细胞疗法在5～10年内有望成为治疗AD的有效方法，造福广大的AD患者，具有重大的社会和经济效益。