干细胞治疗阿尔茨海默病的现状及展望

2021-01-20纪琼琼王培军

临床医药文献杂志(电子版) 2020年68期

罗静，纪琼琼，王培军

（同济大学附属同济医院医学影像科，上海 200333）

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种隐匿起病、进行性发展的神经退行性疾病，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，病因迄今未明。由阿尔茨海默病导致的痴呆患者数量占所有痴呆患者数量的60%-80%。世界阿尔茨海默病2018年度报告指出全球每3秒钟就有一例痴呆患者产生，2018年世界范围的痴呆患者数量大约有5000万，2050年这一数字有望达到1.52亿。目前，我们仍不清楚AD的具体发病机制，临床上尚无防治措施，常用药多奈哌齐、加兰他敏等仅用于疾病早期延缓AD进展。随着干细胞技术及细胞移植治疗的快速发展，干细胞的多向分化和增殖能力为阿尔茨海默病患者带来了新的希望。本文就AD的干细胞治疗展开综述, 报告如下。

1 阿尔茨海默病的病理生理学

细胞外的β淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）沉积和细胞内的神经纤维缠结是AD的病理特征，此外还有突触功能受损、神经炎症等等。

Aβ蛋白生成与清除的失衡所导致的Aβ蛋白沉积是AD病理过程的中心环节[1]。Aβ蛋白由跨膜的淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）经过β分泌酶和γ分泌酶的剪切形成并释放到细胞外，而后经过结构修饰获得β折叠结构和相应的π-π堆积，形成多种形式的聚合体，其中可溶性寡聚体具有神经毒性，影响突触功能且降低突触数量，并可逐步沉积为不可溶的大纤维。Aβ蛋白沉积引发其他因子参与完成AD的病理改变，其诱导细胞内的微管相关蛋白tau蛋白高度磷酸化，形成神经纤维缠结，导致微管失去正常结构，神经元细胞骨架瓦解，造成突触和神经元丢失[2]；此外，胶质细胞聚集在细胞外Aβ淀粉斑块周围，引发神经炎症，致使吞噬功能失调；脑啡肽酶、胰岛素降解酶和血管紧张素转换酶I等降解Aβ蛋白的酶活性减低，都使Aβ蛋白清除减少，Aβ蛋白持续沉积，最终造成认知功能下降和记忆缺损[1-3]。

2 阿尔茨海默病的药物治疗

AD的发病机制目前仍不清楚，目前比较流行的有Aβ淀粉样肽级联假说、胆碱能神经元损伤假说、神经炎症假说、基因异常假说。针对不同的假说，已经开发出很多药物并应用于临床。抗AD药物的研发主要有以下三个目标：①抗氧化；②清除大脑中的Aβ沉积物，延迟认知损伤；③调节tau蛋白的磷酸化，减少错误折叠和异常聚集[4-6]。乙酰胆碱酯酶（Ach E）抑制剂目前仍是AD治疗的一线药物。美国FDA已经批准多奈哌齐、卡巴拉汀和加兰他敏作为临床一线用药。其中多奈哌齐 (Donepezil) 用于治疗轻-中度AD（Mild to Moderate AD）, 对中枢神经系统的乙酰胆碱酯酶具有更高的选择性, 抑制酶的活性，持续时间长且没有外周作用, 能显著提高中枢神经系统乙酰胆碱浓度,从而改善认知功能[7]。兴奋性氨基酸（NMDA）受体抑制剂盐酸美金刚于2003年被美国FDA批准用于治疗中-重度AD，防止NMDA受体的细胞内钙超载，调节谷氨酸等兴奋性递质，阻止谷氨酸浓度增加而导致的神经元损伤，从而提高患者生活质量。此外多种抗氧化剂、中药、非甾体抗炎药等也都有用于治疗AD，但疗效还有待进一步评估。

3 阿尔茨海默病的干细胞治疗

干细胞是来自于胚胎、胎儿或成体内具有在一定条件下无限制自我更新与增殖分化能力的一类细胞，能够产生表现型与基因型和自己完全相同的子细胞，也能产生组成机体组织、器官的已特化的细胞，同时还能分化为祖细胞。目前用于移植治疗阿尔茨海默病的常见干细胞种类有神经干细胞，间充质干细胞，诱导性多能干细胞。

表1 不同种类干细胞治疗AD的优缺点总结

大量的研究已经证实，移植的干细胞能够在脑内存活，并与宿主脑神经融合，改善阿尔茨海默病模型小鼠的学习记忆能力。Zhang等人将成人外周血液中的单核细胞重编程为iNPCs,随后将携带绿色荧光蛋白的iNPCs立体定位注射到免疫缺陷小鼠的双侧海马区，随后借助激光扫描共聚焦显微镜观察移植细胞的形态分布，发现移植入海马区的iNPCs会迅速停止增殖，并在宿主海马中分化为神经元和星形胶质细胞，由iNPCs来源的神经元在宿主体内至少存活了12个月，且形成较长的轴突并与宿主海马整合。通过电生理和光遗传学检测发现移植细胞和宿主神经元之间形成了功能性的突触连接，Y迷宫和Barnes迷宫发现小鼠的学习和记忆能力明显改善[8]。

3.1 胚胎干细胞(ESCs)

胚胎干细胞具有巨大的分化潜力，可以分化为体内几乎所有细胞，加上它的无限的自我更新能力使得胚胎干细胞成为细胞移植治疗的优选项，但胚胎干细胞只能从胚胎5-6天的囊胚中分离，使得胚胎干细胞的应用具有极大的争议，伦理学和法律限制了其应用[9]。基底前脑胆碱能系统在信息处理和认知功能中发挥关键作用。Yue等人将ESCs来源的基底前脑胆碱能神经元祖细胞移植到转基因AD小鼠的双侧海马区，两个月后发现移植的细胞已经分化为成熟的胆碱能神经元，并且在结构和功能上整合进入AD小鼠的内源胆碱能投射系统中，Morris水迷宫显示细胞移植两个月后小鼠的认知能力得到改善[10]。

3.2 神经干细胞（NSCs）

神经干细胞主要存在于海马齿状回（DG）及侧脑室下层（SVZ），因其能够分化为神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞等神经细胞，因此是治疗神经退行性疾病的理想细胞。Lee等将人源的神经干细胞（hNSCs）移植入NSE/APP转基因AD模型鼠双侧脑室，在移植后第5周、第6周、第12周利用水迷宫检测小鼠穿越站台次数以及在站台停留时间，结果显示，hNSCs移植改善了模型小鼠的空间记忆障碍，但不能预防转基因小鼠的长期进行性认知缺陷。通过免疫组化、蛋白印迹实验、ELISA等证实了移植神经干细胞能够减少模型小鼠中Aβ斑块和磷酸化的Tau。hNSCs能使小胶质细胞失活而减少炎症介质表达，同时自身分泌抗炎因子减轻AD的神经炎症。hNSCs还通过营养供给促进了突触可塑性和抗凋亡功能[11]。

3.3 间充质干细胞（MSCs）

间充质干细胞是一类可以从多种器官中分离出来的多能干细胞，例如骨髓（BM-MSC），脐带（UCB-MSC），脂肪组织（AD-MSC），外周血，羊水等等[12]。间充质干细胞易于获取，具有高度增殖能力且可以穿过血脑屏障使得其在临床和科研中应用非常广泛。类似于其它干细胞类型，MSCs移植可以降低淀粉样蛋白沉积和Tau的磷酸化，改善学习记忆能力，通过上调抗炎因子，下调促炎因子来调节神经炎症。

3.4 诱导性多能干细胞（iPSCs）

诱导性多能干细胞最早由日本京都大学Shinya Yamanaka教授提出，他的团队将携带Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四种转录因子的基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞（MEF），发现MEF可以转分化为干细胞，产生的iPS细胞在形态、基因、和蛋白表达等方面与胚胎干细胞相似，我们将这类细胞称为诱导性多能干细胞[13]。iPSCs成功避免了伦理问题，可以利用自体来源的细胞重编程来获得干细胞，避免了移植后的免疫反应。但诱导性多能干细胞诱导率低下，转分化周期长限制了其应用，目前仅停留在研究阶段。

4 干细胞治疗的机遇与挑战

4.1 治疗标准尚未建立

目前对于干细胞治疗，行业内未形成统一的行业规范，对于AD模型鼠、移植干细胞种类，移植细胞数量，注射部位及相应脑区，注射方法，评价手段都未形成可靠的参考标准，这样造成数据的推广受限，临床应用受限。

4.2 干细胞治疗的具体机制仍有待研究

大量的研究已经表明干细胞移植后能够明显改善小鼠的学习记忆能力，移植后的干细胞能够在脑内分化，形成新的神经元，并与宿主脑神经形成功能网络，与宿主的神经元形成功能性的突触连接，但对于AD病理标志物影响的报道并不多见，且通过何种机制改善宿主的学习记忆能力，目前仅有行为学测试Morris 水迷宫并不能很清晰地解释这一机制。