帕金森病（PD）以黑質(zhì)紋狀體多巴胺能神經(jīng)元喪失為特征，是影響全世界老年人群的最主要的神經(jīng)退行性疾病之一。干細(xì)胞治療治療神經(jīng)退行性疾病的概念已經(jīng)發(fā)展了多年，并且最近取得了快速進(jìn)展。神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）具有一些關(guān)鍵特征，包括自我更新、增殖和多能性，這使它們成為一種有前途的神經(jīng)退行性疾病治療劑。然而人們普遍認(rèn)為，基于神經(jīng)干細(xì)胞移植的治療在移植過程的每個(gè)階段都存在挑戰(zhàn)，包括術(shù)前細(xì)胞準(zhǔn)備和質(zhì)量控制、圍手術(shù)期程序以及術(shù)后移植物保存、依從性和整體治療成功。

因此，本綜述重點(diǎn)關(guān)注神經(jīng)干細(xì)胞移植在治療帕金森病中的潛力。我們概述了它們?cè)趯?shí)驗(yàn)研究和臨床試驗(yàn)中的應(yīng)用，并討論了與其應(yīng)用相關(guān)的挑戰(zhàn)，以及神經(jīng)干細(xì)胞移植治療帕金森病的優(yōu)缺點(diǎn)。鑒于干細(xì)胞療法、基因療法和納米技術(shù)的最先進(jìn)成就，我們闡明了通過開發(fā)納米干細(xì)胞療法以及使用基因工程N(yùn)SC來補(bǔ)充每個(gè)過程的優(yōu)勢的觀點(diǎn)。

什么是帕金森病，帕金森病的病理特征

帕金森病 (PD) 的全球患病率超過600萬，是第二常見的神經(jīng)退行性運(yùn)動(dòng)障礙。目前，尚無緩解疾病的療法，預(yù)計(jì)PD的發(fā)生率在下一代人中將增加一倍。PD是一種與年齡相關(guān)的疾病，影響85歲以上人口的約5%。

PD的主要病理特征是存在稱為路易體的神經(jīng)包涵體形式的異常α-突觸核蛋白 (ASN)，其毒性作用被認(rèn)為會(huì)導(dǎo)致進(jìn)行性變性和細(xì)胞損失。黑質(zhì)致密部的多巴胺能 (DAergic) 神經(jīng)元特異性地發(fā)生變性，導(dǎo)致黑質(zhì)紋狀體系統(tǒng)中的多巴胺 (DA) 和其他幾種生化缺陷，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)癥狀的發(fā)展，包括運(yùn)動(dòng)遲緩、靜止性震顫、肌肉僵硬和姿勢不穩(wěn)定。此外，其他類型神經(jīng)元的喪失以及中樞、腸和自主神經(jīng)系統(tǒng)許多部分中路易病理的存在已被證明可能導(dǎo)致非運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，例如自主神經(jīng)功能障礙、嗅覺障礙和情緒， PD患者存在認(rèn)知或睡眠障礙。

成人大腦中的神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞的替代來源

神經(jīng)干細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的重要組成部分。在人的胚胎大腦和成年神經(jīng)系統(tǒng)中都存在神經(jīng)干細(xì)胞，并存在于兩個(gè)特定的腦區(qū)（圖1A）。齒狀回的粒下區(qū)和室下區(qū)的側(cè)壁都含有大量的成體內(nèi)源性NSCs。這些細(xì)胞具有自我更新、增殖和多潛能等幾個(gè)關(guān)鍵特征，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要組成部分，維持著神經(jīng)組織的細(xì)胞池。NSCs可分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞或少突膠質(zhì)細(xì)胞，可替代帕金森病中喪失的 DAergic神經(jīng)元。此外，NSCs還能促進(jìn)內(nèi)源性修復(fù)機(jī)制，因?yàn)樗鼈兡苓w移到損傷部位附近，增加神經(jīng)母細(xì)胞，促進(jìn)組織修復(fù)。NSCs具有免疫調(diào)節(jié)作用，如分泌細(xì)胞因子、趨化因子和趨化因子受體，抑制T細(xì)胞增殖等 （圖1B）。神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽、細(xì)胞因子、代謝產(chǎn)物、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和輔助細(xì)胞控制NSCs的增殖。

• A：神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）的來源是胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、成人/胎兒腦組織和脊髓組織。此外，NSC可以通過轉(zhuǎn)錄因子和生長因子從體細(xì)胞獲得。NSCs的替代來源是胎兒和成人的神經(jīng)系統(tǒng)、臍帶血、骨髓、外周血、羊水、沃頓膠；
• B：NSCs可以具有細(xì)胞因子、趨化因子和趨化因子受體分泌以及T細(xì)胞增殖抑制等免疫調(diào)節(jié)作用。NSCs可具有神經(jīng)營養(yǎng)作用，例如神經(jīng)生長因子、神經(jīng)營養(yǎng)蛋白-3、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子。NSC可以通過以下途徑靶向分泌組和旁分泌效應(yīng)細(xì)胞外囊泡，如外泌體。此外，NSC在神經(jīng)分化中也發(fā)揮著作用。
• C：神經(jīng)干細(xì)胞移植后，可以在特定的大腦部位遷移、存活和增殖。NSCs在抗凋亡、抗炎、抗氧化等腦修復(fù)機(jī)制中發(fā)揮作用。

CNS：中樞神經(jīng)系統(tǒng)；BDNF：腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子；ESC：胚胎干細(xì)胞；EV：細(xì)胞外囊泡；GDNF：膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子；iPSC：誘導(dǎo)多能干細(xì)胞；NGF：神經(jīng)生長因子；NT-3：神經(jīng)營養(yǎng)素-3；NSC：神經(jīng)干細(xì)胞；TF：轉(zhuǎn)錄因子；PD：帕金森??；TGF：轉(zhuǎn)化生長因子。

NSCs的其他來源包括胎兒和成人神經(jīng)系統(tǒng)組織、臍帶血、骨髓、外周血、羊水、沃頓果凍、皮膚或脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞或iPSCs（圖1A）。在移植過程中，這些干細(xì)胞要么在體外預(yù)分化，要么根據(jù)損傷組織中的信號(hào)將招募干細(xì)胞并誘導(dǎo)其原位分化的概念，在未分化狀態(tài)下直接應(yīng)用NSCs。

最近，轉(zhuǎn)分化（尤其是化學(xué)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化），通過跳過中間增殖多能干細(xì)胞階段，將體細(xì)胞重編程為患者特異性神經(jīng)元細(xì)胞，為帕金森病的替代自體細(xì)胞治療策略提供了前景。通過生產(chǎn)所需類型的中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞，這些來源都已被用來證明其治療各種神經(jīng)退行性疾病的潛力。

神經(jīng)干細(xì)胞移植的實(shí)驗(yàn)方法

多項(xiàng)臨床前研究表明，不同類型的人類神經(jīng)干細(xì)胞移植后，可以在特定的大腦部位遷移、存活和增殖。免疫組織化學(xué)檢查支持的證據(jù)表明，移植的人類神經(jīng)干細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為功能性神經(jīng)元并整合到神經(jīng)回路中。體內(nèi)研究已證明神經(jīng)干細(xì)胞移植是治療帕金森病的有效方法（表格1）。

在帕金森病中使用神經(jīng)干細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

注射的神經(jīng)祖細(xì)胞（NPC）在大腦中積聚并與受傷區(qū)域融合；然而，只有一小部分細(xì)胞的大部分仍處于未分化狀態(tài)。組織存活的促進(jìn)與mRNA和蛋白質(zhì)水平的抗炎和抗凋亡作用以及生長因子分泌的增加有關(guān)（圖1C）。此外，NPC與附近的中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫細(xì)胞和駐留細(xì)胞合作，調(diào)節(jié)干細(xì)胞調(diào)節(jié)劑的局部釋放，并幫助中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的功能恢復(fù)。因此，神經(jīng)干細(xì)胞為受影響的神經(jīng)元群體和突觸提供神經(jīng)營養(yǎng)支持是治療PD等神經(jīng)退行性疾病的一種有前景的方法。

然而安全性，包括潛在的致瘤作用，引起了人們的擔(dān)憂。此外，大腦中移植細(xì)胞的免疫排斥的復(fù)雜問題已被證明。因此，開發(fā)干細(xì)胞衍生的神經(jīng)元移植療法治療帕金森病需要考慮安全性和有效性，這可以通過解決細(xì)胞類型和來源、其可重復(fù)生成、準(zhǔn)確的移植區(qū)域和應(yīng)考慮維持這些移植細(xì)胞的功能和活力。

考慮到移植安全、方案標(biāo)準(zhǔn)化和倫理方面，正在開發(fā)使用ESC和IPSC來制造 DAergic神經(jīng)元的方法。

ESC是源自哺乳動(dòng)物囊胚的未分化多能細(xì)胞，可以產(chǎn)生體內(nèi)所有類型的細(xì)胞。此外，iPSC是實(shí)驗(yàn)室生成的ESC的對(duì)應(yīng)物，由成體體細(xì)胞生成，具有相似的特性，并且可以分化成任何其他細(xì)胞。ESC和iPSC用于全球范圍內(nèi)正在進(jìn)行的許多臨床試驗(yàn)，并在針對(duì)特定疾病和病癥的再生醫(yī)學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用。然而，由于完成臨床試驗(yàn)和發(fā)布所獲得的數(shù)據(jù)需要漫長而復(fù)雜的時(shí)間框架，這些試驗(yàn)的結(jié)果并未到達(dá)普通人群。

iPSC具有一些優(yōu)勢，例如直接從患者體內(nèi)獲得重編程細(xì)胞，從而有可能降低傳染性感染和免疫反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，它們可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏晤愋偷募?xì)胞方法來治療帕金森病。使用iPSC治療PD在倫理上是允許的，因?yàn)榛颊叩捏w細(xì)胞可以分化為多能狀態(tài)，以產(chǎn)生植入大腦的DAergic神經(jīng)元。多項(xiàng)研究闡明了iPSC在再生DAergic神經(jīng)元以治療PD方面的潛在作用。iPSC移植可改善PD癥狀。

盡管這些可擴(kuò)展和可追溯的來源以及完善的方案和臨床前PD模型的功效使ESC和iPSC成為基于細(xì)胞的治療的有希望的候選者（表2），腫瘤發(fā)展和免疫抑制的風(fēng)險(xiǎn)尚未消除。

6-OHDA: 6-羥基多巴胺；DA：多巴胺；DAergic：多巴胺能；DAT：多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；DCx：雙皮質(zhì)；GIRK2：G蛋白激活的內(nèi)向整流鉀通道2；hMSC：人類成體 MSC；hiPSC：人類 iPSC；hPESC：人類孤雌胚胎干細(xì)胞；hNCAM：人類特異性神經(jīng)細(xì)胞粘附分子；PCNA：增殖細(xì)胞核抗原；MPTP：1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶；NPC：神經(jīng)祖細(xì)胞；Ki67：增殖細(xì)胞核抗原，SDF-1α：基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1α；SNpc: 黑質(zhì)致密部；TH：酪氨酸羥化酶。

盡管做出了這些巨大的努力，實(shí)驗(yàn)性治療方法與轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐之間仍然存在差距。盡管多項(xiàng)臨床試驗(yàn)（表3）已使用基于細(xì)胞的PD治療方法進(jìn)行了研究（臨床試驗(yàn).gov；NCT03119636 、NCT05635409 、NCT02452723、NCT03815071、UMIN000033564、NCT03128450、NCT03309514、NCT01898390、NCT02795052、NCT00976430、NCT03724136、NCT03684122）目前，限制干細(xì)胞臨床應(yīng)用的主要障礙主要是倫理問題、免疫反應(yīng)、腫瘤發(fā)生和毒性。

延伸閱讀：如何找到適合您病情的干細(xì)胞臨床試驗(yàn)？

神經(jīng)干細(xì)胞移植治療的前景

從上面的簡短回顧來看，基于NSC的治療出現(xiàn)了一些挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)可以在神經(jīng)外科手術(shù)的每個(gè)階段識(shí)別，包括術(shù)前細(xì)胞準(zhǔn)備和質(zhì)量控制、圍手術(shù)期程序以及術(shù)后移植物保存、依從性和整體成功率。

治療術(shù)前階段必須對(duì)相關(guān)細(xì)胞進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和安全評(píng)估。此外，細(xì)胞劑量、病例選擇和遞送途徑也是細(xì)胞療法臨床應(yīng)用的前提條件。接受NSC產(chǎn)品治療的患者面臨與給藥方法、藥物免疫和過敏反應(yīng)、腫瘤發(fā)展、功能破壞的異位神經(jīng)元分化以及病毒和微生物污染相關(guān)的安全問題的風(fēng)險(xiǎn)。因此，基于細(xì)胞的療法的根本問題是，在進(jìn)入臨床之前，必須根據(jù)體外和體內(nèi)良好生產(chǎn)規(guī)范法規(guī)對(duì)可移植細(xì)胞群進(jìn)行分化和表征?？傊?，細(xì)胞來源是神經(jīng)干細(xì)胞移植治療帕金森病時(shí)必須考慮的一個(gè)重要問題，因?yàn)橹委熂膊⌒枰邼舛鹊腘SCs。

為了促進(jìn)NSC的行為，開發(fā)了培養(yǎng)表面的制造。在這種情況下，納米材料以其納米尺寸、獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和表面功能化的能力，為設(shè)計(jì)操縱細(xì)胞行為提供了潛力。使用基于生物相容性納米材料的支架制造細(xì)胞外基質(zhì)，并具有模擬體內(nèi)微環(huán)境的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)似乎是一種有前途的策略。如（圖2）。

• 術(shù)前準(zhǔn)備：納米材料具有小尺寸、獨(dú)特的理化性質(zhì)和表面功能化能力，為設(shè)計(jì)操縱細(xì)胞行為提供了潛力。一種有前途的策略是用生物相容性納米材料支架制造細(xì)胞外基質(zhì)，并具有模擬微環(huán)境的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
• 術(shù)前階段：能夠抑制氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥和有毒蛋白質(zhì)聚集的納米材料可以作為生物活性納米藥物，解決帕金森病細(xì)胞療法的局限性。此外，“智能”納米藥物輸送系統(tǒng)通過靶向配體并控制釋放生長因子等負(fù)載分子來實(shí)現(xiàn)功能，旨在支持和擴(kuò)展干細(xì)胞以進(jìn)行腦修復(fù)。
• 在術(shù)后階段：納米材料，憑借其獨(dú)特的光學(xué)特性、細(xì)胞攝取、表面功能化和良好的生物相容性，它們是細(xì)胞跟蹤和成像的有希望的候選者。

近年來，研究人員為了解決基于細(xì)胞的帕金森病療法的局限性。將納米療法與干細(xì)胞療法相結(jié)合的策略顯示出治療帕金森病的潛力。因此，在三甲基誘導(dǎo)的大鼠神經(jīng)退行性病變模型中，從人類嗅球分離出的干細(xì)胞與碳納米管（CNTs）共同接觸，恢復(fù)了認(rèn)知障礙和神經(jīng)退行性病變。此外，碳納米管通過刺激分化為神經(jīng)元而非神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，為移植的神經(jīng)干細(xì)胞提供支持。在術(shù)后階段，監(jiān)測注射/移植的細(xì)胞對(duì)于優(yōu)化神經(jīng)外科手術(shù)至關(guān)重要。納米材料具有獨(dú)特的光學(xué)特性、細(xì)胞吸收、表面功能化和良好的生物相容性，是細(xì)胞追蹤和成像的理想候選材料（圖2）。

干細(xì)胞和基因療法的發(fā)展進(jìn)步創(chuàng)造了新的機(jī)遇。干細(xì)胞和基因療法的結(jié)合可能是一項(xiàng)技術(shù)突破，可以提高干細(xì)胞的治療效果。工程細(xì)胞過表達(dá)參與DA合成或神經(jīng)營養(yǎng)因子的基因可能會(huì)增加其功能并解決分化和生存問題，從而提高基因治療的功效。考慮到細(xì)胞療法的安全性，可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行重新編程，以避免盡可能多的副作用，包括免疫反應(yīng)和腫瘤。

納米聯(lián)合干細(xì)胞治療面臨的挑戰(zhàn)

納米干細(xì)胞療法可能面臨許多挑戰(zhàn)，主要與納米粒子的安全性有關(guān)，包括潛在的細(xì)胞毒性以及對(duì)干細(xì)胞分化和生物降解性的未知影響。要了解細(xì)胞與納米材料的相互作用機(jī)制、NPs的生物轉(zhuǎn)化及其對(duì)細(xì)胞功能的影響，還有很大的研究空間，因此控制納米細(xì)胞療法的安全性和有效性具有挑戰(zhàn)性。由于NPs的活性在很大程度上取決于其尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和表面化學(xué)性質(zhì)，而且與細(xì)胞類型有關(guān)，因此應(yīng)解決與組織工程中三維納米結(jié)構(gòu)的合成、生物功能化、表征和定制方法有關(guān)的幾個(gè)問題。

鑒于納米技術(shù)的挑戰(zhàn)和最先進(jìn)的成就，它有望促進(jìn)帕金森病納米干細(xì)胞療法的發(fā)展。最近合并的多功能納米診斷方法為干細(xì)胞有效治療腦癌提供了支持。

結(jié)論

PD嚴(yán)重影響社會(huì)，因?yàn)樗鼛砹巳找娉林氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而目前尚無治療方法。本綜述中討論的研究顯示了基于NSC的PD治療潛力（圖1C）。盡管神經(jīng)干細(xì)胞在治療這種神經(jīng)退行性疾病方面展現(xiàn)出巨大的前景，但它們也引起了人們的嚴(yán)重?fù)?dān)憂。它們可能會(huì)形成腫瘤，這是一種比帕金森病更具破壞性的疾病。此外，免疫排斥、倫理問題、有限的細(xì)胞來源以及與成熟為所需神經(jīng)元細(xì)胞類型和適當(dāng)分化的技能相關(guān)的并發(fā)癥是進(jìn)一步研究促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞移植治療帕金森病的重要原因。

目前，將包括基因工程細(xì)胞在內(nèi)的干細(xì)胞療法與納米技術(shù)方法相結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，為改善治療方案和療效提供了新的見解。納米干細(xì)胞療法治療神經(jīng)退行性疾病的安全性和有效性是研究熱點(diǎn)。人們相信，未來新型納米材料的進(jìn)步必將使神經(jīng)干細(xì)胞移植的療法受益于該技術(shù)。

總之，盡管仍然存在各種障礙和挑戰(zhàn)，未來運(yùn)用納米技術(shù)結(jié)合干細(xì)胞療法治療帕金森病。顯然，其從實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)階段到臨床應(yīng)用階段的不斷完善和發(fā)展是必要的。

參考資料：Oz T, Kaushik A, Kujawska M. Neural stem cells for Parkinson’s disease management: Challenges, nanobased support, and prospects. World J Stem Cells. 2023 Jul 26;15(7):687-700. doi: 10.4252/wjsc.v15.i7.687. PMID: 37545757; PMCID: PMC10401423.

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