概述：基于細胞的療法正在開發(fā)用于治療影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的各種神經(jīng)退行性疾病。與此同時，遺傳和單細胞研究正在揭示單個細胞類型在神經(jīng)退行性病理學中的作用。隨著人們對細胞對健康和疾病的貢獻有了更深入的了解，以及有前景的調(diào)節(jié)方法的出現(xiàn)，有效的治療性細胞產(chǎn)品正在出現(xiàn)。這篇綜述探討了從干細胞生成多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)細胞類型的能力，以及對細胞類型特異性功能和病理學的更深入了解，如何推動用于治療神經(jīng)退行性疾病的細胞產(chǎn)品的臨床前開發(fā)。

介紹

“干細胞研究是開發(fā)治療退行性疾病的關鍵，例如我和許多其他人都患有帕金森病和運動神經(jīng)元病?！?/p>

史蒂芬·霍金

中樞神經(jīng)系統(tǒng)（大腦、視網(wǎng)膜和脊髓）的神經(jīng)退行性疾病影響所有年齡段。它們的范圍包括從兒童時期損害白質(zhì)的先天性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良到隨著年齡增長而患病率增加的腦白質(zhì)營養(yǎng)不良，例如阿爾茨海默?。ˋD）、帕金森?。≒D）和年齡相關性黃斑變性（AMD）圖1）。精神疾病可能具有退行性成分，例如精神分裂癥，其特征是皮質(zhì)灰質(zhì)損失和患者加速衰老的跡象。一些神經(jīng)退行性疾病很普遍，包括AD、AMD和PD，而其他疾病如亨廷頓病 (HD)、肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS)、額顳葉癡呆 (FTD)、皮質(zhì)基底綜合征 (CBS)、多系統(tǒng)萎縮癥 (MSA) 和進行性核上性麻痹（PSP）很少見。

這些疾病可能有遺傳、環(huán)境或復雜的病因。許多神經(jīng)退行性疾病會發(fā)展為癡呆癥，預計到2050年，癡呆癥將影響全球約1.5億人，帶來10萬億美元的經(jīng)濟負擔, 并給患者及其家人帶來難以估量的損失。盡管神經(jīng)退行性疾病目前無法治愈，但對于某些人來說，可以通過治療來緩解癥狀。帕金森病就是一個很好的例子，左旋多巴給藥和深部腦刺激可以改善生活質(zhì)量，盡管這些治療不能解決潛在的疾病及其不可避免的進展。

患者所經(jīng)歷的癥狀主要與不同疾病中不同中樞神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域發(fā)生的特定神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞變性有關。

神經(jīng)變性的特征是神經(jīng)元的喪失，但通常涉及多種相互依存的細胞類型。一項具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)表明，漸凍人癥是運動神經(jīng)元缺陷和星形膠質(zhì)細胞非細胞自主性 “殺傷 “的結(jié)果，而小膠質(zhì)細胞的活化會加劇這種 “殺傷”。神經(jīng)病理學家對神經(jīng)退行性疾病所特有的多細胞和多系統(tǒng)參與進行了大量研究。

然而，通過最近的遺傳和功能研究，我們現(xiàn)在可以前所未有地詳細了解每個細胞角色的因果關系。多篇出色的綜述介紹了特定神經(jīng)退行性疾病的細胞療法，包括帕金森病、ALS、視網(wǎng)膜變性和多發(fā)性硬化癥（MS）。本綜述采用以細胞類型為中心的方法，重點介紹一些正在開發(fā)中的主要細胞產(chǎn)品，并強調(diào)對細胞亞型和狀態(tài)的進一步了解如何指導臨床前工作，以評估其治療神經(jīng)退行性疾病的可行性。

開發(fā)用于臨床的細胞產(chǎn)品

現(xiàn)在，我們能夠從人類多能干細胞（hPSCs）中生成多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)細胞類型（圖2）。

通過將產(chǎn)品與人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織（從胎兒期到成年期）進行比較并確定相似程度，可確認細胞生產(chǎn)成功。特別是單細胞和單核RNA測序（sc/nucRNA-seq）方法徹底改變了我們測試分化方案是否能產(chǎn)生真實細胞產(chǎn)品的能力。小分子和生長因子引導hPSCs產(chǎn)生區(qū)域模式的神經(jīng)祖細胞（NPC），然后產(chǎn)生特定的神經(jīng)祖細胞，包括前腦、視網(wǎng)膜、中腦、脊髓、和整個神經(jīng)系統(tǒng)中受神經(jīng)退行性疾病影響的主要細胞類型（圖2）。

顯示所應用的關鍵分子以及生成細胞產(chǎn)品所需的大致時間的概述。

開發(fā)用于臨床的細胞產(chǎn)品應該注意哪些問題？

一般來說，與高度分化的細胞相比，不太成熟的細胞與宿主組織的整合和連接更好。這適用于例如多種神經(jīng)細胞類型，例如多巴胺能神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞、和視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)細胞。因此，在針對特定神經(jīng)退行性適應癥設計最佳細胞療法時，考慮細胞階段非常重要。

神經(jīng)退行性疾病的細胞移植策略通常旨在實現(xiàn)細胞的長期存活。因此，免疫排斥是一個重要的考慮因素。

開發(fā)基于干細胞的產(chǎn)品的途徑和標準（https://www.isscr.org/standards）正在完善，包括自體療法。

必須遵循嚴格的監(jiān)管指南，例如美國FDA發(fā)布的指南。在開發(fā)用于移植的細胞產(chǎn)品時，需要一個強大的、符合GMP的細胞制造工藝。

產(chǎn)生足夠規(guī)模的臨床產(chǎn)品是一個重要的考慮因素。盡管一些CNS產(chǎn)品已經(jīng)在低劑量下進行了測試（例如每個視網(wǎng)膜50,000個細胞用于RPE 細胞），但其他產(chǎn)品需要每個患者數(shù)百萬個細胞才能實現(xiàn)大量植入。此外，必須生產(chǎn)足夠的產(chǎn)品，以便能夠在臨床前階段進行動物試驗，并為臨床試驗提供細胞。
用于治療神經(jīng)退行性疾病的細胞產(chǎn)品

01中腦多巴胺能神經(jīng)元

在PD中，投射到紋狀體的腹側(cè)中腦 (VM) 黑質(zhì)A9多巴胺能神經(jīng)元退化，導致運動障礙。圖1）。將人類胎兒VM神經(jīng)元移植到紋狀體中對部分PD患者顯示出長期益處。這些開創(chuàng)性的研究還強調(diào)了定義移植物中細胞類型的重要性，因為污染的血清素能神經(jīng)元可能會引發(fā)運動障礙，使不自主運動衰弱。使用hPSC可以解決與胎兒來源相關的采購問題，并能夠大規(guī)模生產(chǎn)更一致的細胞產(chǎn)品。hPSC分化為VM細胞，產(chǎn)生富含A9的多巴胺能神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在移植到動物體內(nèi)后穩(wěn)定且具有功能。

此外，移植細胞釋放多巴胺的光遺傳學控制調(diào)節(jié)了PD小鼠模型的運動改善，建立了移植功能。這項臨床前工作帶來了臨床級制造和IND申請以支持人類胚胎干細胞 (hESC) 衍生的多巴胺能細胞作為PD治療選擇的臨床試驗 ( NCT04802733 )。

已經(jīng)建立了幾種方案，可產(chǎn)生基于多巴胺能神經(jīng)元的移植物，可有效逆轉(zhuǎn)包括非人類靈長類動物在內(nèi)的動物模型中的帕金森病癥狀。一般來說，祖細胞比成熟的VM神經(jīng)元產(chǎn)生更有效的移植物，但祖細胞的類型可能很重要。通過將一種細胞產(chǎn)物的移植前轉(zhuǎn)錄組與移植結(jié)果相關聯(lián)，結(jié)果表明尾部VM的富集是有益的。定時暴露于FGF8b可增強尾部VM的產(chǎn)生，從而實現(xiàn)臨床級工藝的開發(fā)。

在全球范圍內(nèi)，許多用于PD的細胞產(chǎn)品正處于或正在進行早期試驗，包括自體方法。國際PD細胞移植界認識到合作的好處，分享信息和研究結(jié)果：http://www.gforce-pd.com/。

02前腦GABA能中間神經(jīng)元

前腦GABA能中間神經(jīng)元抑制興奮性神經(jīng)元活動并微調(diào)其輸出。憑借這一有前景的治療策略，hPSC衍生的MGE型GABA能中間神經(jīng)元產(chǎn)品 (NRTX-1001) 最近進入了針對難治性顳葉癲癇患者的I/II期試驗 ( NCT05135091)。其他幾種具有神經(jīng)退行性因素的疾病顯示GABA 能中間神經(jīng)元功能受損，包括精神分裂癥和神經(jīng)性疼痛。

此外，影響皮質(zhì)的退行性疾病，例如AD和FTD，與癲癇樣現(xiàn)象和興奮性中毒有關，其中谷氨酸能神經(jīng)元變得過度活躍并死亡。因此，在這些不同的疾病中，增加GABA能中間神經(jīng)元功能可能具有治療作用，并且臨床試驗NCT05135091的進展以及尋求增加抑制性神經(jīng)元活性的類似即將進行的試驗將受到密切關注。

03視網(wǎng)膜神經(jīng)元和RPE

視網(wǎng)膜由神經(jīng)視網(wǎng)膜和RPE細胞組成，RPE細胞是維持視網(wǎng)膜穩(wěn)態(tài)、感光功能和視力的重要支持細胞。視網(wǎng)膜中央黃斑區(qū)的RPE細胞功能障礙和死亡是AMD的基礎，AMD是導致老年人失明的主要原因。其他神經(jīng)退行性疾病主要直接影響神經(jīng)視網(wǎng)膜，包括導致感光細胞死亡的色素性視網(wǎng)膜炎，以及殺死視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞（RGC）（視網(wǎng)膜和大腦之間唯一的神經(jīng)連接）的青光眼。幾種干細胞衍生的視網(wǎng)膜細胞產(chǎn)品正在開發(fā)中，以對抗視網(wǎng)膜變性（圖3）。

正在進行的研究示例以及使用干細胞衍生的視網(wǎng)膜細胞產(chǎn)品（單細胞類型和多細胞移植物）替代功能障礙的視網(wǎng)膜細胞的一些挑戰(zhàn)。

其他方法旨在用其他神經(jīng)細胞類型或營養(yǎng)因子增強環(huán)境，以提高視網(wǎng)膜細胞的存活率。人類胎兒腦源性神經(jīng)祖細胞產(chǎn)品CNS10-NPC正在測試用于視網(wǎng)膜色素變性患者的視網(wǎng)膜下注射 ( NCT04284293 )。JCyte已成功完成一項II期研究，將人類胎兒視網(wǎng)膜祖細胞注射到玻璃體中，釋放營養(yǎng)因子以預防色素性視網(wǎng)膜炎患者的感光器變性（NCT03073733）。視網(wǎng)膜下注射表達神經(jīng)營養(yǎng)因子的基因療法可預防色素性視網(wǎng)膜炎患者視錐細胞死亡，目前正在進行臨床試驗（NCT05748873）。

正在進行的RPE替代臨床試驗使用hESCs、hiPSCs和成人尸體來源的RPE干細胞 （NCT04627428）作為起始細胞來源。目前主要有兩種視網(wǎng)膜下移植產(chǎn)品類型：RPE細胞懸液或工程支架上的RPE單層細胞，后者可能是永久性的，也可能是可生物降解的。視網(wǎng)膜下空間的免疫特權(quán)可能會受到疾病和創(chuàng)傷的損害，因此必須對自體和異體方法進行比較。

總體而言，早期RPE移植試驗表明該方法是安全的，并且對AMD患者有良好的療效。

04星形膠質(zhì)細胞

星形膠質(zhì)細胞分布在整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)中并發(fā)揮多種關鍵作用。它們支持神經(jīng)元、突觸功能，調(diào)節(jié)大腦穩(wěn)態(tài)、先天免疫、新陳代謝和血腦屏障 (BBB) 完整性。在疾病或損傷中，星形膠質(zhì)細胞變得“反應性”，表現(xiàn)出復雜的形態(tài)和基因表達變化，以及分泌組和細胞間相互作用的改變，可能產(chǎn)生積極和消極的影響。

我們很早就認識到星形膠質(zhì)細胞的異質(zhì)性，這種異質(zhì)性與其特定位置、形態(tài)、功能、年齡和疾病狀態(tài)有關，并且通過最近的sc/nucRNA-seq分析得到增強。在神經(jīng)退行性疾病中，它們可能具有有益的作用，例如清除病理性tau和α-突觸核蛋白，但也有助于病理學，例如通過傳播有毒分子。特定的星形膠質(zhì)細胞表型可以用于疾病診斷，例如，PSP中具有tau病理學的簇狀星形膠質(zhì)細胞。對星形膠質(zhì)細胞可以發(fā)揮有益作用的認識正在推動星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)品的開發(fā)，以治療多種神經(jīng)退行性疾病，包括ALS、PD、HD和AD。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中，星形膠質(zhì)細胞起源于多能NPC和神經(jīng)干細胞 (NSC)，例如大腦皮層中的放射狀膠質(zhì)細胞。NSC首先產(chǎn)生神經(jīng)元，然后產(chǎn)生神經(jīng)膠質(zhì)祖細胞 (GCP)，從而產(chǎn)生星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞。源自胎兒人腦并注射到新生和成年小鼠體內(nèi)的GCP在多種神經(jīng)退行性疾病（如ALS和MS）模型中顯示出廣泛的星形膠質(zhì)細胞整合并改善了結(jié)果。有趣的是，與類似的小鼠細胞相比，人類GPC及其衍生的星形膠質(zhì)細胞支持增強的學習能力和可塑性，這表明人類星形膠質(zhì)細胞具有更大的功能。

05小膠質(zhì)細胞

小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的常駐巨噬細胞。它們遷移到發(fā)育早期的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，在那里長壽并通過自我更新維持生命。小膠質(zhì)細胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中瓦片狀分布，形成一個龐大的網(wǎng)絡，它能維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的平衡，監(jiān)視細胞碎片和感染性病原體，并參與反應和修復過程。

在神經(jīng)退行性疾病中，小膠質(zhì)細胞有益于碎片清除等過程，但也有助于病理學，例如通過傳播異常tau或α-突觸核蛋白。小膠質(zhì)細胞受損可能是神經(jīng)退行性疾病的基礎，例如由CSF1受體 (CSF1R) 突變引起的成人腦白質(zhì)營養(yǎng)不良，這對小膠質(zhì)細胞的生存很重要。

正在推動通過操縱小膠質(zhì)細胞治療神經(jīng)退行性疾病的方法（圖4）。鑒于TREM2與ALS、PD和FTD等其他神經(jīng)退行性疾病的關聯(lián)，它可能被證明是一種有價值的多疾病治療方法。但同時也要認識到，TREM2的增加可能是病態(tài)的，因此需要精心制定治療方案。

對小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)退行性病理學的貢獻的更多了解導致了針對小膠質(zhì)細胞功能的生物制劑以及使用小膠質(zhì)細胞或巨噬細胞的細胞替代策略。

06神經(jīng)干細胞

神經(jīng)干細胞構(gòu)建中樞神經(jīng)系統(tǒng)，產(chǎn)生多種類型的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞，并且似乎非常適合用于多種細胞丟失的疾病的替代療法。多項開創(chuàng)性的臨床研究測試了人類胎兒源性神經(jīng)干細胞的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默病、帕金森病、脊髓損傷、AMD和AD。

• 神經(jīng)干細胞移植在神經(jīng)退行性疾病中的研究進展

2013年，一篇發(fā)表在國際期刊雜志《干細胞研究》上的一篇名為“Clinical translation of human neural stem cells”文獻綜述表明神經(jīng)干細胞移植被證明是安全的，并有積極療效的跡象。

轉(zhuǎn)染表達GDNF的人胎兒源NSC系可改善ALS 、SOD1大鼠模型中的運動神經(jīng)元存活率和動物壽命，并在早期臨床試驗中證明安全性 ( NCT05306457 )。細胞輸送對于任何神經(jīng)退行性疾病都是一個挑戰(zhàn)。通常，直接細胞注射是設想的初始途徑。多項研究表明，使用具有高α4β1整合素表達的NSC進行血管內(nèi)給藥可能是有效的，并且在ALS小鼠模型中證明了其具有大腦滲透性和改善的結(jié)果。

目前正在對干細胞衍生的多巴胺能神經(jīng)元治療帕金森病、RPE治療老年性視網(wǎng)膜病變和GABA能中間神經(jīng)元治療癲癇進行積極的臨床評估。這些領域的進展包括對細胞產(chǎn)品和移植結(jié)果進行更深入的表征。目標是更好地定義CQA生物標志物，并針對特定適應癥生產(chǎn)改進或完善的產(chǎn)品。sc/nucRNA-seq等技術(shù)有利于這些臨床前研究，而且在實施跨平臺基準測試的幫助下，將來可能會被廣泛應用于生產(chǎn)和發(fā)布標準中。

展望未來，我們預計神經(jīng)退行性疾病的臨床前研發(fā)管線將包括經(jīng)過基因改造的細胞產(chǎn)品，使其具有彈性、減緩疾病進展、增強細胞功能或控制特定疾病適應癥的細胞狀態(tài)。

結(jié)論

通過對組織和干細胞衍生細胞進行深入表征，人們對單個腦細胞表型和狀態(tài)的了解不斷增加，這為神經(jīng)細胞療法的開發(fā)提供了指導。我們有充分的理由相信，在快速轉(zhuǎn)化的過程中，以人類干細胞為基礎的產(chǎn)品將產(chǎn)生改變疾病的療法，改善目前無法治愈的神經(jīng)退行性疾病患者的生活。

雖然存在挑戰(zhàn)，但迄今為止取得的進展令我們感到鼓舞，史蒂芬-霍金最后的致辭也激勵著我們要愛護我們的世界和未來：”要勇敢，要堅定，要克服困難。這是可以做到的”。

參考資料：Temple S. Advancing cell therapy for neurodegenerative diseases. Cell Stem Cell. 2023 May 4;30(5):512-529. doi: 10.1016/j.stem.2023.03.017. Epub 2023 Apr 20. PMID: 37084729; PMCID: PMC10201979.

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