呂 穎，白 琳，秦 川

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實驗動物研究所，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心，國家衛(wèi)生健康委員會人類疾病比較醫(yī)學(xué)重點實驗室，北京市人類重大疾病實驗動物模型工程技術(shù)研究中心，北京 100021)

帕金森病(Parkinson’s disease, PD)是一種危害中老年健康的慢性神經(jīng)退行性疾病[1]，發(fā)病率僅次于阿爾茨海默氏病。PD的主要病理特征為腦內(nèi)黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元(dopaminergic neuron, DN)進行性喪失，導(dǎo)致紋狀體多巴胺(dopamine, DA)含量的缺乏，從而引起運動障礙[1-3]。PD患者的運動癥狀主要包括靜止性震顫、肌肉僵直、姿勢不穩(wěn)與運動遲緩[4]。此外，一系列非運動癥狀可出現(xiàn)在運動障礙之前，包括焦慮、嗅覺障礙、自主神經(jīng)功能障礙、情感和記憶障礙等[5]。PD在老年人中發(fā)病率較高，隨著社會老齡化的加重，PD患者逐年增多，極大地影響了患者及其家人的生活質(zhì)量，給社會帶來沉重的負擔(dān)。因此，尋找有效的治療方法具有十分重要的意義。

目前臨床治療PD的主要方法為藥物和手術(shù)。藥物主要是通過提高腦內(nèi)紋狀體的DA水平來達到治療的作用[6]。早期多巴胺能藥物能夠很好地控制PD癥狀，但隨著時間的推移，由于非生理性DA濃度的波動以及多巴胺能藥物出現(xiàn)的脫靶效應(yīng)，使得此類藥物逐漸失去療效，同時會產(chǎn)生較多副作用，包括神經(jīng)精神癥狀和運動障礙[7-8]。外科手術(shù)治療較常用的方法是深部腦刺激(deep brain stimulation, DBS)。手術(shù)向腦內(nèi)植入微細電極并連接神經(jīng)刺激器，通過電刺激相關(guān)核團以改善患者運動障礙。然而DBS手術(shù)較局限：①手術(shù)治療費用較高；②適用范圍有限，較適用于PD晚期且無癡呆癥的患者；③手術(shù)副作用較大，如能夠?qū)е掠谰眯哉J知障礙[9]。上述兩種治療方法僅能緩解PD癥狀，不能替代或再生腦內(nèi)丟失的DN。因此，研究者試圖通過細胞移植的方法來治療PD。細胞移植療法是采用特定的方式將細胞移植入病灶或特定部位，進行組織再生與修復(fù)從而治愈疾病[10]。研究者們將不同類型的干細胞移植到PD動物模型內(nèi)，發(fā)現(xiàn)細胞能夠存活并分化為DN，進而改善PD癥狀[11]。目前，用于PD治療的干細胞來源多樣，不同類型的干細胞在治療PD的過程中展現(xiàn)出了各自的優(yōu)缺點，下面將具體論述幾種較常見的干細胞治療PD的研究情況。

1 胚胎干細胞移植治療PD

胚胎干細胞(embryonic stem cells, ESCs)從早期胚胎中分離出來，是受精卵發(fā)育為囊胚時的內(nèi)層細胞團，具有強大的增殖分化能力即全能性，能夠形成三個胚層，可分化為任何類型的細胞[12]。隨著hESCs系的建立，其被廣泛應(yīng)用于多種基礎(chǔ)研究，包括ESCs移植治療PD。早期ESCs直接移植能夠部分分化為DN，但存在形成畸胎瘤的風(fēng)險，所以須將ESCs經(jīng)體外誘導(dǎo)后進行移植。1979年P(guān)erlow等[13]將來源于鼠胚胎的DN移植到尾狀核損毀的鼠腦內(nèi)，證明細胞移植后能夠良好地生長，并且行為學(xué)旋轉(zhuǎn)癥狀得到明顯改善。在其他動物實驗中，這些由ESCs體外誘導(dǎo)分化而來的DN被檢測出具有與中腦神經(jīng)元類似的電活動，能夠在動物模型腦內(nèi)存活長達32周以上，并持續(xù)發(fā)揮功能；同時，ESCs進行體外誘導(dǎo)分化可以有效降低畸胎瘤形成的風(fēng)險。近些年來，ESCs移植治療PD迅猛發(fā)展，周琪團隊[14]在非人靈長類模型中進行了臨床級人類孤雌胚胎干細胞(hPESCs)系來源的DN移植治療PD的安全性與有效性評價，大多數(shù)的猴子在至少24個月的時間里未見腫瘤形成，并且有明顯的行為改善，此外紋狀體DA的輕微增加與顯著的功能改善有關(guān)，表明臨床級hPESCs可作為PD治療的可靠細胞來源，這些臨床前實驗數(shù)據(jù)為人體試驗的開展提供了強有力的支持。

ESCs移植治療PD的臨床試驗尚處于臨床Ⅰ期在研階段，鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院將使用400萬個ESCs來源的神經(jīng)前體細胞移植到PD患者腦內(nèi)，這將成為中國首個使用hESCs的臨床試驗，也是全球首個使用受精胚胎的ESCs治療PD的臨床試驗，此項試驗是中國在2015年通過的第一批干細胞臨床試驗，旨在確保干細胞能夠安全地符合倫理標準地應(yīng)用于臨床；同時此項試驗在移植前將受試者與細胞庫中的ESCs進行配型以期能夠避免免疫排斥反應(yīng)，這也是首個基于配型使用ESCs治療PD的臨床研究[15]，遠期臨床效果尚待試驗觀察。

諸多研究已經(jīng)證實，ESCs來源的DN移植能夠改善PD癥狀[16-17]，但ESCs的體外誘導(dǎo)分化機制尚不完全清楚，需要建立穩(wěn)定的誘導(dǎo)分化方案，移植位點與細胞數(shù)量以及細胞存活率的問題均有待探究；同時ESCs相對于PD患者來說為異體細胞，移植可能發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，并且ESCs的獲取存在倫理爭議，限制了ESCs的發(fā)展應(yīng)用[18]，希望隨著臨床級ESCs系的建立與細胞配型等技術(shù)方法的發(fā)展，ESCs能逐步?jīng)_破限制發(fā)展應(yīng)用于臨床。

2 神經(jīng)干細胞移植治療PD

神經(jīng)干細胞(neural stem cells, NSCs)最初由Reynolds和Weiss[19]從鼠腦紋狀體分離出來并提出概念，之后研究者們在胚胎或成年哺乳動物和人的室管膜下區(qū)、紋狀體、海馬齒狀回、脊髓等部位均分離培養(yǎng)出了NSCs，并建立了可進行細胞移植的人源神經(jīng)干細胞系[20]。NSCs種屬特異性低，具有多能性、自我更新能力以及修復(fù)神經(jīng)通路的作用[21]，與其他細胞相比具有免疫排斥反應(yīng)小，致瘤性低等優(yōu)點，有利于避免異體移植出現(xiàn)的免疫排斥反應(yīng)。NSCs通常經(jīng)過體外大量擴增后移植入PD模型腦內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，將hNSCs移植入PD小鼠模型腦內(nèi)，動物旋轉(zhuǎn)行為得到明顯改善，移植細胞可在腦內(nèi)存活、增殖、遷移、分化為神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細胞，并同時激活內(nèi)源性NSCs，進而發(fā)揮神經(jīng)修復(fù)與再生的作用[22]。隨著對NSCs移植研究的不斷深入，研究者們發(fā)現(xiàn)NSCs移植后的分化細胞中存在酪氨酸羥化酶陽性神經(jīng)元，移植細胞能夠與宿主在結(jié)構(gòu)和功能上建立聯(lián)系，其不僅通過發(fā)揮細胞替代的作用來達到治療效果，而且能同時分泌BDNF、GDNF、NT-3等多種細胞因子以改善移植部位的宿主微環(huán)境[23]，從而促進神經(jīng)再生與修復(fù)。

目前，NSCs移植治療PD在中國、美國、澳大利亞多處于Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗階段，美國生物公司International Stem Cell Corporation (ISCO)[24]公布了人類孤雌神經(jīng)干細胞系ISC-hpNSCs治療PD的首個臨床隊列研究的中期結(jié)果，隊列內(nèi)所有患者都達到了主要終點即安全性。研究為期12個月，雖然樣本量相對較小難以取得統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異，但細胞移植6個月后患者PD癥狀已經(jīng)得到改善且安全性良好。細胞移植后6個月，PD患者的失能時間(每日左旋多巴失去最佳療效且PD癥狀復(fù)發(fā)的時間)平均下降24%，無運動障礙的非失能時間(每日左旋多巴在無運動障礙的情況下發(fā)揮最佳療效的持續(xù)時間)在同一時期平均增加了19%；100%的患者情緒得到改善，Beck抑郁量表的平均改善率為35%；100%的患者認知能力得到改善或保持，PDQ-39的認知障礙維度平均改善14%，PDQ-39的日常生活活動平均改善22%，移動維度平均改善15%， PDQ-39的身體不適維度平均改善12%；PD統(tǒng)一評分標準沒有提高，但PD沖動-強迫障礙減少53%。此次臨床試驗未見嚴重不良反應(yīng)，未見腫瘤、囊腫、炎癥或感染加重，未檢測到抗移植物的人白細胞抗原抗體。此次使用的測試劑量用于確保治療的安全性和耐受性，低于臨床前研究確定的最佳治療劑量，預(yù)計在第二組(接受更高劑量的細胞)中會有更好的效果，其中已有兩名患者接受了治療。這些臨床結(jié)果為開展細胞移植治療PD的Ⅱ期臨床試驗奠定了堅實的基礎(chǔ)。另一項在中國開展的Ⅱ/Ⅲ期臨床試驗將于蘇州大學(xué)第二附屬醫(yī)院進行，計劃納入12名中重度PD患者，療程4周，每周1次，用于評估hNSCs的有效性與安全性，值得一提的是，研究人員將通過鼻腔給藥這種新型給藥模式進行NSCs移植。

盡管NSCs具有諸多優(yōu)勢，但廣泛應(yīng)用于臨床尚存在較多問題：①由于倫理限制，源于病人活體的NSCs一般獲得受限；②研究發(fā)現(xiàn)細胞移植后可出現(xiàn)存活遷移數(shù)量低[22]、成熟緩慢等問題，存在移植的不穩(wěn)定性和療效的不確定性，NSCs的分化和修復(fù)機制尚待進一步探究；③針對PD患者的個性化治療方案的制定(如年齡、臨床表現(xiàn)、移植時間、移植量與療程等)及遠期療效仍需進一步研究。

3 間充質(zhì)干細胞移植治療PD

3.1 骨髓間充質(zhì)干細胞

骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BM-MSCs)最早由Friedenstein等[25]在脊髓中發(fā)現(xiàn)，來源于中胚層并具有多向分化潛能，可分化為脂肪細胞、骨細胞、軟骨細胞等中胚層細胞，同時也能夠向其他胚層細胞分化，包括神經(jīng)細胞[26]。研究發(fā)現(xiàn)，將BM-MSCs移植入6-OHDA大鼠黑質(zhì)內(nèi)能夠存活至少8周，增加了酪氨酸羥化酶陽性神經(jīng)元數(shù)量，部分細胞可分化為NSCs、神經(jīng)元及膠質(zhì)細胞，同時在體外使用誘導(dǎo)劑也可將BM-MSCs誘導(dǎo)分化為神經(jīng)細胞，BM-MSCs誘導(dǎo)而來的神經(jīng)細胞與BM-MSCs移植入PD模型腦內(nèi)，均能夠改善PD癥狀。同時，細胞移植能夠增強模型腦內(nèi)受損組織的細胞增生，這可能與BM-MSCs發(fā)揮抗炎作用并分泌多種生長因子促進神經(jīng)再生與修復(fù)有關(guān)[27]。此外，BM-MSCs還可作為基因工程的載體，Jiaming和Niu[28]將穩(wěn)定表達大腦DA能神經(jīng)營養(yǎng)因子(cerebral dopamine neurophic factor, CDNF)的BM-MSCs注射入PD大鼠模型的紋狀體中，能明顯減少腦內(nèi)DN的損傷和DA的丟失。BM-MSCs治療PD的臨床試驗在美國、中國、印度等國家均有開展，處于Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗階段，尚無臨床療效及遠期效果的相關(guān)報道，有待繼續(xù)招募患者并進行長期的觀察隨訪。

BM-MSCs已在動物模型中被證明能夠改善PD相關(guān)癥狀，與其他類型干細胞相比，BM-MSCs無免疫排斥反應(yīng)與成瘤現(xiàn)象且能夠進行自體移植，同時能夠分泌較多的生長因子[29](表1)，成為頗具優(yōu)勢的供體細胞之一，但BM-MSCs的缺點在于取材具有侵入性，衰老程度較高而產(chǎn)量低，增殖分化潛能有限且成體骨髓中細胞數(shù)量減少[30-31](表1)，移植存活率較低導(dǎo)致治療效果有限，此外其遷移機制仍需探討。

3.2 臍血間充質(zhì)干細胞

臍血間充質(zhì)干細胞(umbilical cord-derived mesenchymal stem cells, UC-MSCs)是將臍帶血進行培養(yǎng)所得，具有自我更新能力與多向分化潛能，能夠分化為外胚層和中胚層，在一定條件下經(jīng)誘導(dǎo)可分化為神經(jīng)元及其他類型的細胞。由于臍帶來源豐富且UC-MSCs特性穩(wěn)定，所以在細胞移植領(lǐng)域備受關(guān)注。UC-MSCs的移植途徑較多，可通過直接腦立體定位注射、經(jīng)蛛網(wǎng)膜下腔腰椎穿刺以及經(jīng)血管進行移植，移植療效以腦內(nèi)注射最為顯著。研究發(fā)現(xiàn)，未分化的UC-MSCs移植后能夠在腦內(nèi)存活并改善PD模型鼠的行為學(xué)障礙，同時將UC-MSCs體外分化為DN進行移植不僅可觀察到細胞存活與行為改善，而且能夠減少腦內(nèi)神經(jīng)元的損傷[32]，干細胞經(jīng)體外誘導(dǎo)分化后進行移植或許對治療疾病有更強的針對性，也使得移植的干細胞在體內(nèi)發(fā)揮的作用更為穩(wěn)定可控。此外，UC-MSCs可同時發(fā)揮抗炎作用以改善損傷部位的微環(huán)境，促進組織再生與修復(fù)[31]。UC-MSCs治療PD的臨床試驗?zāi)壳疤幱冖?Ⅱ期階段，已登記的臨床試驗均為招募在研狀態(tài)，尚無臨床有效性與安全性評估的相關(guān)報道。

UC-MSCs相對于其他干細胞來源有諸多優(yōu)勢[31-34](表1)：①易于采集與大量擴增，不涉及嚴重的倫理問題；②比BM-MSCs等其他間充質(zhì)干細胞更為原始，增殖能力更強，抗炎作用較好；③免疫原性較低，大大降低了移植過程中的免疫排斥風(fēng)險與免疫抑制劑的使用，便于異體移植與工業(yè)化生產(chǎn)。UC-MSCs治療PD的動物在體試驗表明移植UC-MSCs能夠在一定程度上改善PD運動癥狀[35]，但UC-MSCs的細胞分離效率較低(表1)，治療PD的作用機制需要更為全面和深入的研究，其應(yīng)用于臨床的安全性與有效性、移植途徑、注射劑量與測評標準仍需遠期觀察評估與規(guī)范。

表1 不同組織來源的MSCs的優(yōu)缺點對比

3.3 脂肪間充質(zhì)干細胞

脂肪間充質(zhì)干細胞(adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, AD-MSCs)來源于脂肪組織，具有自我更新與分化潛能，可分化為多種譜系細胞，是周圍神經(jīng)再生的理想細胞[36]。1964年Rodbell[37]首先提出從脂肪組織中分離出間充質(zhì)干細胞的方法，Zuk等[38]則首次于脂肪中提取出了AD-MSCs。隨后有大量研究表明，體外可通過各種方式將AD-MSCs誘導(dǎo)為DN[39]。脂肪組織中含有較多的間充質(zhì)干細胞，AD-MSCs與誘導(dǎo)后的AD-MSCs均可進行腦內(nèi)移植促進組織再生與修復(fù)。Zhou等[40]將病毒轉(zhuǎn)染的AD-MSCs移植入PD恒河猴腦內(nèi)，在為期4個月的監(jiān)測中AD-MSCs存活良好并能改善PD癥狀。AD-MSCs治療PD的臨床試驗尚處于臨床在研階段，未有相關(guān)結(jié)果報道。

AD-MSCs作為細胞種子優(yōu)勢較多[31,41-42](表1)：一方面，AD-MSCs采集方便來源豐富，可進行自體移植，與骨髓相比，脂肪組織中的間充質(zhì)干細胞含量更為豐富；另一方面，與其他來源的MSCs相比，分化的AD-MSCs神經(jīng)標記物表達較高。雖然AD-MSCs已經(jīng)在大量動物實驗中證實有效，但缺少成功的臨床研究成果，AD-MSCs的研究仍存在諸多挑戰(zhàn)，如較低的增殖效率和較高的衰老率，其治療機制以及安全性等問題都有待進一步的解決。

4 誘導(dǎo)多能干細胞治療PD

誘導(dǎo)多能干細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)是體細胞經(jīng)重編程后轉(zhuǎn)化成的與ESCs類似的多能干細胞。Takahashi等[43]于2006年使用4個轉(zhuǎn)錄因子(Oct3/4、Sox2、Klf4、c-Myc)首次將體細胞誘導(dǎo)重編程為iPSCs，隨著iPSCs技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，轉(zhuǎn)錄因子逐步減少至2個甚至1個，更有研究者利用重組蛋白成功誘導(dǎo)出iPSCs。iPSCs無論是在基因蛋白表達方面還是在增殖分化能力方面均與ESCs極為相似，而相較于ESCs，iPSCs則具有體細胞來源豐富、能在一定程度上避免倫理問題與免疫排斥反應(yīng)等優(yōu)勢。近年來，研究者們采用各種方法對hiPSCs進行誘導(dǎo)，以使其在多種疾病中發(fā)揮細胞替代作用。研究證實，將iPSCs來源的DN前體細胞移植到大鼠模型腦內(nèi)能夠改善動物行為障礙，隨后將iPSCs誘導(dǎo)分化為DN前體細胞移植入PD食蟹猴模型腦內(nèi)，細胞能夠在腦內(nèi)存活并分化為DN，動物PD癥狀顯著改善，未見免疫排斥反應(yīng)與腫瘤形成[44]。此外，利用iPSCs技術(shù)可在體外將患者體細胞進行重編程構(gòu)建出具有疾病病理特征的細胞譜系[45]，有助于研究者們從基因水平對復(fù)雜的病理表型進行深入的研究，如PARKIN、PINK1、DJ-1、LRRK2等基因被認為與PD直接相關(guān)，同時有利于深入研究疾病的發(fā)病機制與新藥篩選。

hiPSC治療PD的臨床試驗已在日本獲批，2018年10月，日本京都大學(xué)醫(yī)院將240萬個hiPSCs來源的DN前體細胞移植入一名PD患者腦內(nèi)，進行了全球首例iPSCs治療PD的臨床試驗，手術(shù)一個月內(nèi)未發(fā)生腦出血等不良反應(yīng)，此后將繼續(xù)觀察6個月，若無并發(fā)癥出現(xiàn)將再次植入240萬個DN前體細胞。此項臨床試驗共選入了7名PD患者，首個手術(shù)觀察期為兩年，安全性與有效性確定后將實施第二例臨床試驗。

iPSCs在細胞替代療法、疾病模型機制研究與藥物篩選等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。盡管iPSCs技術(shù)近年來發(fā)展迅速，但仍存在諸多問題急需解決：①體細胞重編程技術(shù)的分子機制并未完全清楚，hiPSCs在臨床應(yīng)用的安全性問題尚待探究；②干細胞的自我更新與誘導(dǎo)分化機制仍處于研究階段，體外定向誘導(dǎo)分化效率與穩(wěn)定性仍需提高；③建立高效、安全、符合臨床標準的iPSCs是其廣泛應(yīng)用于臨床的必要條件。

5 小結(jié)與展望

干細胞是一類具有自我更新與分化能力的多潛能細胞，依據(jù)細胞分化潛能的不同分為全能干細胞、多能干細胞和專能干細胞，依據(jù)細胞發(fā)育階段的不同分為胚胎干細胞與成體干細胞。ESCs具有全能性，成體干細胞具有多能性或?qū)Ｄ苄裕杉毎趦?nèi)部機制與微環(huán)境的共同影響下進行分化發(fā)育。干細胞在疾病中進行組織再生與修復(fù)可能的作用機制包括以下幾種：①替代作用，干細胞進入生物體內(nèi)具有損傷組織趨化作用，能夠向病灶或損傷部位遷移，在選擇壓力下分化為受損細胞表型替代損傷或死亡的細胞；②旁觀者機制(bystander mechanism)[23]，即通過調(diào)節(jié)宿主微環(huán)境發(fā)揮作用，包括細胞的旁分泌效應(yīng)、促進細胞傳導(dǎo)和激活內(nèi)源性的干細胞等，干細胞移植入特定部位后可分泌多種細胞因子調(diào)節(jié)宿主微環(huán)境從而調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)與細胞的生長、分化、效應(yīng)等，同時移植細胞能激活內(nèi)源性的處于休眠抑制狀態(tài)的干細胞以增加干細胞數(shù)量提高干細胞質(zhì)量，移植細胞還可分化為損傷細胞以外的其他細胞類型(如NSCs、膠質(zhì)細胞等)與周圍組織建立聯(lián)系，創(chuàng)造合適的微環(huán)境最終實現(xiàn)損傷組織的再生與修復(fù)；③細胞融合，干細胞與組織內(nèi)體細胞在特定環(huán)境下發(fā)生融合并相互影響進而修復(fù)損傷組織。

隨著多種實驗?zāi)Ｐ偷某晒⑴c移植技術(shù)的迅猛發(fā)展，干細胞治療PD取得了一系列的突破性成果。不同類型不同來源的干細胞在PD治療中均能夠發(fā)揮神經(jīng)再生與修復(fù)的作用，目前在研的干細胞治療PD的臨床試驗涵蓋了ESCs、NSCs、MSCs與iPSCs，為PD的治療與康復(fù)帶來了希望。然而，不同類型干細胞移植治療PD仍各有利弊。其中，NSCs大多通過體外擴增后直接移植的方式進行治療，盡管目前已經(jīng)建立hNSCs系，但尚存在倫理爭議，PD癥狀僅部分改善；MSCs是成體干細胞避免了倫理爭議，安全性較高，既可直接移植也可經(jīng)體外誘導(dǎo)后移植，但增殖分化潛能與治療效果有限；ESCs與iPSCs增殖分化能力強，須經(jīng)體外誘導(dǎo)分化后進行移植，治療PD效果較好，但ESCs倫理爭議較大，而iPSCs由重編程所得，其安全性問題則需要更多的實驗研究。此外，干細胞體外誘導(dǎo)分化機制與其移植治療PD的分子機制尚不十分清楚，整個過程涉及復(fù)雜的基因調(diào)控與微環(huán)境變化，有待更為大量深入的研究。具體采用何種細胞進行PD治療需要根據(jù)患者的年齡、病理改變、臨床表現(xiàn)以及移植方式等因素綜合權(quán)衡判斷。

干細胞治療PD及至廣泛地臨床應(yīng)用仍需要較長時間的試驗與觀察，本文從干細胞取材、不同類型干細胞治療PD的方法、療效和優(yōu)缺點等方面進行比較分析，總結(jié)了干細胞治療PD的幾種可能的作用機制，以期對干細胞治療PD的機制研究、細胞類型和移植方式的選擇及臨床試驗等提供一定的幫助，希望隨著科學(xué)研究與醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，干細胞能真正廣泛應(yīng)用于臨床為PD患者解除病痛。