干细胞治疗中枢神经退行性疾病的研究进展*

周 红,阮 英,吴 喆,吴红年**,宁志丰

(1.湖北科技学院医学部基础医学院人体解剖学教研室,湖北 咸宁 437100;2.湖北科技学院医学部临床医学院皮肤病学教研室;3.湖北科技学院医学部基础医学院组胚学教研室)

中枢神经系统退行性疾病是指因慢性进行性中枢神经组织退变而引发的相关病症,主要有阿尔茨海默病、帕金森病、创伤性脑损伤、亨廷顿病、多发性硬化、肌萎缩侧索硬化症等[1]。大脑及脊髓细胞与组织大多拥有无法再生特性,因此,当这类组织或细胞出现损伤时,病情无法逆转,对患者的伤害通常是毁灭性的。针对这种情况,外源性功能细胞移植可作为一种相对有效的措施,而干细胞正好具有再生各类组织器官的潜能,可作为“种子细胞”运用至各类疾病治疗中,有着广阔的医学应用前景,是目前医学领域备受关注的前沿焦点,并已发展为衡量国家科技实力的重要体现之一,在免疫排斥、细胞治疗、疑难杂症治疗、创伤修复、组织工程等领域有着良好的运用空间[2-3]。本文综述干细胞治疗中枢神经退行性疾病的现状,为后续学者提供一定的参考。

1 治疗阿尔茨海默病

细胞内神经元纤维缠结、细胞外淀粉样蛋白沉积、神经元丢失等是阿尔茨海默病的主要病理特点,其中神经元丢失是导致患者功能受损的根本因素之一。现今主要采用减缓症状的方式对本病进行干预,未能从根本上解决病理特征。由于神经再生理论逐步完善,干细胞体外培养日渐成熟,为阿尔茨海默病的治疗提供了新的思路[4]。

干细胞产生的多种神经营养因子对神经可塑性进行调节,有提高脑乙酰胆碱指标的可能性,继而改善动物模型中的认知及记忆能力。相关神经干细胞实验表明[5-6],干细胞在人体外也可以进行增殖,同时可以分化为神经元、少突胶质细胞、星形胶质细胞等,具有显著的播散及迁徙功能,将其作为细胞替代疗法有助于弥补阿尔茨海默病患者脑部丢失的神经元,是该病治疗的理想细胞供体。

阿尔茨海默病认知障碍的主要影响因素是神经炎症,同时小胶质细胞在神经系统炎症中起重要作用,这种细胞也是大脑中重要的免疫细胞。目前有关干细胞移植选用小胶质细胞作为靶点来治疗阿尔茨海默病的研究,小胶质细胞有着抗炎、促炎的功能,促炎因子可加剧中枢神经系统受损,但抗炎因子有利于神经功能改善[7]。其次,小胶质细胞为Aβ斑块的一类有效激活剂,能够利用慢性促炎反应在Aβ斑块中作用,加速其沉积,可促进小胶质细胞形成神经毒素及细胞因子,造成突触丢失与神经元受损伤,导致神经变性,从而产生恶性循环[8-9]。小胶质细胞能借助转换表型促进其抗炎作用,而该转换需依托干细胞移植实现。在骨髓间充质干细胞移植至淀粉样前体蛋白的小鼠海马试验中,骨髓间充质干细胞可利用小胶质细胞激活、调节Aβ斑块形成、降低沉积等,阻滞神经毒性,同时能借助神经营养因子分化成神经元样细胞,促进认知功能调节[10-11]。但是,目前干细胞移植方案尚无统一标准,且干细胞治疗的安全性和有效性有待深入论证,方可应用于临床实践[12]。

2 治疗帕金森病

帕金森病属于一种常见的神经系统疾病,其重要病理改变是因为中脑黑质区域多巴胺能神经元变性坏死,其临床多表现为运动迟缓、强直、姿势步态异常、麻痹、震颤等,也可以使神经递质多巴胺与相应代谢产物水平降低,路易小体的形成是构成多巴胺能神经元坏死的最直接因素[13]。目前帕金森病多通过手术及药物治疗,且传统药物大部分属于左旋多巴类制剂,仅限于症状及体征缓解,无法抑制疾病进展,同时有明显的不良反应[14]。

有研究分析了多巴胺神经元联合神经干细胞移植对帕金森病大鼠运动障碍的作用,实验表明[15],联合组的蓝色颗粒数量和扩散区域均更高,且联合组的酪氨酸羟化酶、巢蛋白、绿色荧光蛋白阳性细胞数、TH/GFP、Nestin/GFP指标也更高,GFAP/GFP和酸性纤维蛋白阳性细胞数则较低(P<0.01)。通过这个动物实验可以看出,帕金森病大鼠应用神经干细胞移植联合多巴胺神经元可以显著改善大鼠的运动能力,同时促进神经干细胞的迁移、定植和分化。周靖等[16]表示,神经干细胞移植能够调节帕金森病大鼠的行为学症状,降低白细胞介素1β水平,并减少其脑内促炎性因子肿瘤坏死因子α,增加抗炎因子白细胞介素4指标。另外,骨髓间充质干细胞不仅能够分泌神经元营养因子,同时可起到神经保护、生成血管、免疫调节以及激发驻地干细胞分化等效果,发挥趋化作用。还有研究证明[17],神经生长因子可选择性地促使神经递质多巴胺神经元存活,同时,可以激发神经元轴突纤维生长。但神经干细胞来源受限于伦理因素,并且移植后疗效不稳定,远期疗效有待深入研究[18]。另外,骨髓间充质干细胞取材具有侵入性,增殖分化潜能有限,存活率低,迁移机制有待继续探讨。

3 治疗创伤性脑损伤

创伤性脑损伤是一种常见且危害性较大的神经系统疾病,影响患者健康的首要因素是血脑屏障功能的破坏。创伤性脑病除了原发病变(物理撞击)外,血脑屏障功能的变化也是一个重要的原因,其完整性的变化影响到患者神经系统内代谢异常及炎症恶化,从而进一步损伤患者的脑功能,甚至引起脑死亡。因此,保障血脑屏障的完整性在维持中枢神经系统稳态中有着关键作用[19]。陈江龙等[20]发现人脐带间充质干细胞组和与脑损伤模型组相比,其伊文思蓝水平、脑含水量、vWF以及GFAP表达显著减少(P<0.05),此外,Oclaudin-5、ZO-1、PDGFR-β蛋白表达显著增长(P<0.05)。研究结果表明人脐带间充质干细胞有助于减少创伤性脑损伤大鼠血脑屏障的通透性,起到保护神经的效果。张震文等[21]提出,人脐带间充质干细胞外泌体在脑外伤后能够促使神经功能恢复,阻滞胶质细胞活化过度,发挥神经元细胞的保护作用,同时能降低细胞凋亡。间充质干细胞在治疗创伤性脑损伤中的临床价值得到肯定,但面临着形成肿瘤的风险和外来因子的传播[22]。

4 治疗亨廷顿病

亨廷顿病是一种致命的神经退行性疾病,通常以常染色体显性遗传方式遗传,主要由染色体4p16.3上亨廷顿(HTT)基因内的CAG(胞嘧啶-腺嘌呤-鸟嘌呤)三重重复扩增异常引起,亨廷顿病的患者会出现严重精神症状和认知障碍[23]。亨廷顿病尚无有效治疗方法,疾病进展在出现首发症状后持续15～20年,目前的治疗是姑息性的,不会改变疾病的进程。

大量学者也将干细胞疗法引进亨廷顿病的治疗当中[24-26]。陈波等[24]研究表明在亨廷顿病模型组中,大鼠的功能缺失会愈发严重,在将多能干细胞移植到亨廷顿病模型中后,亨廷顿病大鼠的行为缺陷得到有效改善。还有研究[25]表明间充质干细胞移植到动物模型后,动物的记忆功能得到有效改善,纹状体萎缩明显减少,侧脑室体积趋于正常。国外研究者[26]提出在将人间充质干细胞移植入模型小鼠后,小鼠的神经缺陷得到改善,平均生存能力上升。Smith等的研究[28]证明了间充质干细胞对亨廷顿病的治疗潜力,但关于其长期的安全性和有效性的文献报道较少,干细胞替代治疗的局限性也亟待突破。

5 治疗多发性硬化症

多发性硬化症是一种以脱髓鞘和轴突变性为特征的中枢神经系统慢性炎症性疾病,患者通常会出现神经系统症状,包括共济失调、疲劳和感觉障碍[27]。多发性硬化症的治疗目前缺乏明确的生物学靶点,批准用于治疗的少数药物通常在疗效方面受到限制。

国内研究[29-31]表明间充质干细胞可用于治疗多发性硬化症,肯定了其疗效和治疗可能性。高俊山等[31]研究证明骨髓间充质干细胞治疗能够有效提升CD4+、CD25+T细胞频数,改善患者神经功能和免疫机制,有利于多发性硬化症的痊愈。但间充质干细胞移植会导致机体出现免疫排斥反应,剂量和周期尚无统一标准。此外,国外研究提出自体造血干细胞移植正在成为多发性硬化症有价值的治疗选择[32]。自体造血干细胞移植可以破坏并从造血干细胞中重建免疫系统,完全抑制80%的多发性硬化症患者疾病活动4～5年,高于任何多发性硬化症的治疗疗效,特别是对于年轻、能走动且具有炎症性多发性硬化症患者[33]。目前,有良好的实验数据支撑自体造血干细胞移植的有效性和安全性[32],并且EBMT提供了关于移植的建议和预处理方案的指南[34],但仍需要进行严格的临床试验来测试自体造血干细胞移植的疗效、安全性和成本效益。

6 治疗肌萎缩侧索硬化症

肌萎缩侧索硬化症是一种皮质、脑干和脊髓运动神经元的神经退行性疾病,患者通常会出现进行性肌肉无力和萎缩、呼吸衰竭、甚至死亡[35],目前并无任何治疗方法可以阻止或逆转这种疾病,因此,需要寻找新型并且有效的治疗靶点和方案。

国外研究表明[36]将间充质干细胞植入有症状的肌萎缩侧索硬化症大鼠,会影响大鼠运动神经元的凋亡程度,支持较大尺寸神经元的存活,并改变受影响的细胞外基质和细胞因子稳态。两次重复使用鞘内自体骨髓来源的间充质干细胞在肌萎缩侧索硬化症患者中显示出显著的治疗作用和安全性,可调节患者的免疫炎症[37]。此外,造血干细胞移植已被证明能够抑制肌萎缩侧索硬化症的炎症反应和调节免疫功能,凭借其易于采集和给药无创的独特优点,使其成为肌萎缩侧索硬化症的可靠临床治疗方法[35]。即使大量研究已经证实了干细胞治疗肌萎缩侧索硬化症的安全性和治疗益处,但仍需进行长期研究来确定这些疗法的可行性和最佳剂量[38-39]。

7 结 论

综上所述,近年来干细胞研究已逐步在医学领域中得到不同程度的应用,有良好的发展前景,但其在临床治疗中仍面临着诸多障碍与挑战。移植干细胞来源的胶质细胞或神经元至宿主脑内后,其长时间的存活率以及表型稳定性尚不理想,同时,虽然干细胞来源的神经细胞已通过高度纯化,但还是会存在杂质细胞,其和宿主之间产生的作用也难以预估,且在移植后可能有少部分干细胞不仅未分化,反而进展为肿瘤。因此,今后还待通过大样本、多中心的临床试验分析干细胞在中枢神经退行性疾病中的有效性和安全性。