帕金森病

干細(xì)胞治療帕金森病的臨床前研究

帕金森病是一種由于大腦喪失而導(dǎo)致的長期退行性疾病。來自人類ES或iPS細(xì)胞的多巴胺能神經(jīng)元被移植到大鼠和猴子帕金森病模型的紋狀體中。產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元存活率極佳，功能得到改善且沒有任何腫瘤形成，這表明帕金森氏病干細(xì)胞療法正在取得進(jìn)展。

來自帕金森病患者皮膚成纖維細(xì)胞的iPS細(xì)胞衍生的多巴胺能神經(jīng)元在帕金森病大鼠動(dòng)物模型中證明了移植細(xì)胞的長期存活和功能效應(yīng)。最近，這項(xiàng)研究首次將人類iPS細(xì)胞應(yīng)用于帕金森病靈長類動(dòng)物模型。證明了2年內(nèi)未形成任何腫瘤的功能效果和安全性。

干細(xì)胞治療帕金森病的臨床研究

1987年首次實(shí)現(xiàn)了胎兒中腦組織同種異體移植物替代帕金森病患者多巴胺能神經(jīng)元的臨床應(yīng)用。然而，使用胎兒組織作為干細(xì)胞來源有倫理上的考慮。也很難獲得足夠的細(xì)胞體積用于移植。因此，ES細(xì)胞、MSCs和iPS細(xì)胞受到關(guān)注。

2015年使用同種異體骨髓來源的MSCs治療特發(fā)性帕金森病 (NCT02611167) 進(jìn)行了I期臨床試驗(yàn)。本研究的目的是評(píng)估靜脈注射同種異體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療的安全性、可行性和有效性。

2017年，一項(xiàng)I/II期臨床試驗(yàn)開始評(píng)估帕金森病患者立體定向紋狀體移植人胚胎干細(xì)胞衍生的神經(jīng)前體細(xì)胞的安全性和有效性（NCT03119636）。

2018年，計(jì)劃使用人類iPS細(xì)胞來源的神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行臨床試驗(yàn)，以治療帕金森病患者（表2）。

表 2.正在進(jìn)行和計(jì)劃進(jìn)行的臨床試驗(yàn)。

阿爾茨海默氏病

干細(xì)胞治療阿爾茨海默氏病的臨床前研究

阿爾茨海默病的特征是大腦中淀粉樣蛋白-β (Aβ) 斑塊和神經(jīng)原纖維纏結(jié)的沉積，這會(huì)導(dǎo)致記憶功能障礙和神經(jīng)變性。將人類ES細(xì)胞移植到基底前腦受損的小鼠海馬體后，源自人類ES細(xì)胞的內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起樣祖細(xì)胞產(chǎn)生基底前腦膽堿能神經(jīng)元 (BFCN)，其與內(nèi)源性神經(jīng)元突觸連接。此外，這些祖細(xì)胞產(chǎn)生了γ-氨基丁酸 (GABA) 神經(jīng)元，從而改善了記憶力。

干細(xì)胞治療阿爾茨海默氏病的臨床研究

三項(xiàng)臨床試驗(yàn)（2014年的I期、2015年的I/IIa期和2016年的II期）已針對(duì)阿爾茨海默病進(jìn)行，以評(píng)估同種異體人類MSCs在腦室內(nèi)或靜脈內(nèi)對(duì)阿爾茨海默病癡呆癥患者的安全性和耐受性（ NCT02054208、NCT02600130 和 NCT02833792)（表2）。

肌萎縮側(cè)索硬化

干細(xì)胞治療肌萎縮側(cè)索硬化的臨床前研究

肌萎縮側(cè)索硬化癥是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，會(huì)影響大腦和脊髓中的神經(jīng)元。肌萎縮側(cè)索硬化癥的特征是肌肉僵硬和肌肉抽搐，導(dǎo)致說話、吞咽和呼吸困難。將人ES細(xì)胞衍生的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元后代移植到大鼠肌萎縮側(cè)索硬化模型中，導(dǎo)致植入、維持運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和由膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶陽性纖維引起的軸突投射。在其他報(bào)告中，移植的人類ES細(xì)胞衍生的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元也增強(qiáng)了肌萎縮側(cè)索硬化小鼠模型中宿主神經(jīng)元的存活和運(yùn)動(dòng)功能。

干細(xì)胞治療肌萎縮側(cè)索硬化的臨床研究

2014年開展了一項(xiàng)多中心I/II期臨床試驗(yàn)，以評(píng)估靜脈注射來自脂肪組織的自體MSCs治療肌萎縮側(cè)索硬化癥患者的安全性 (NCT02290886)。

2017年，開始使用鞘內(nèi)自體脂肪來源的 MSCs 治療肌萎縮側(cè)索硬化癥的II期臨床試驗(yàn) (NCT03268603)。本研究的目的是確定在肌萎縮側(cè)索硬化癥患者中每3個(gè)月對(duì)MSCs的腦脊液進(jìn)行鞘內(nèi)注射治療的安全性和有效性，共注射4次超過12個(gè)月（表2）。

亨廷頓病

干細(xì)胞治療亨廷頓病的臨床前研究

亨廷頓舞蹈病是一種遺傳性疾病，會(huì)導(dǎo)致大腦中的神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行性破壞（退化）。從2000年代開始，基于干細(xì)胞的療法已嘗試用于亨廷頓病的動(dòng)物模型。人類ES細(xì)胞衍生的紋狀體祖細(xì)胞在異種移植到成年大鼠體內(nèi)后顯示分化為紋狀體神經(jīng)元。

目前還沒有使用iPS細(xì)胞作為亨廷頓病干細(xì)胞療法來源的報(bào)道。iPS細(xì)胞被用作細(xì)胞疾病模型系統(tǒng)，以了解亨廷頓病的發(fā)病機(jī)制和神經(jīng)變性機(jī)制。

干細(xì)胞治療亨廷頓病的臨床研究

從1990年代開始，針對(duì)亨廷頓病患者進(jìn)行了使用人類胎兒紋狀體移植的細(xì)胞療法。移植的紋狀體細(xì)胞改善了亨廷頓病患者的行為體征。然而，這些效果存在爭議，因?yàn)橐恍┗颊邿o法從移植的紋狀體細(xì)胞中獲得優(yōu)勢?；鞯热藦?qiáng)調(diào)了第一次接受紋狀體內(nèi)人類胎兒神經(jīng)移植的患者移植物過度生長的可能性。他們提出，亨廷頓病患者體內(nèi)的特定微環(huán)境可能與胎兒神經(jīng)移植后畸胎瘤的形成有關(guān)。需要進(jìn)一步調(diào)查。

CellavitaHD基于干細(xì)胞的療法是使用MSCs為亨廷頓氏病開發(fā)的。2017年一項(xiàng)II期臨床試驗(yàn)旨在評(píng)估靜脈注射Cellavita HD產(chǎn)品對(duì)亨廷頓病患者的劑量反應(yīng)評(píng)估 (NCT03252535)（表2）。

腦梗塞

干細(xì)胞治療腦梗塞的臨床前研究

腦梗塞是由于向大腦供血和供氧的動(dòng)脈閉塞而導(dǎo)致大腦中的壞死組織占據(jù)。缺血性中風(fēng)通常表現(xiàn)為快速發(fā)作的神經(jīng)功能缺損。來自小鼠ES細(xì)胞的移植神經(jīng)干細(xì)胞 (NSCs) 顯示移植并遷移到缺血區(qū)域，隨后表達(dá)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)標(biāo)記。移植到小鼠缺血腦中的靈長類動(dòng)物ES細(xì)胞來源的神經(jīng)元祖細(xì)胞也顯示出存活和分化，以及網(wǎng)絡(luò)形成。

來自人iPS細(xì)胞的星形膠質(zhì)細(xì)胞樣和神經(jīng)元樣細(xì)胞可以改善運(yùn)動(dòng)功能，減少梗塞面積，減少炎癥細(xì)胞因子，并在大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞模型中介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)作用。赫曼托等人開發(fā)了用于從人類iPS細(xì)胞分化皮層神經(jīng)元的無飼養(yǎng)層條件。這些iPS細(xì)胞在大鼠缺血模型中顯示出對(duì)缺血區(qū)域的極化反應(yīng)性。

干細(xì)胞治療腦梗塞的臨床研究

之前已經(jīng)使用自體MSC進(jìn)行了一些臨床試驗(yàn)。

2011年，一項(xiàng)開放性研究支持了在12名灰質(zhì)、白質(zhì)和混合病變的腦卒中患者中靜脈移植自體人MSC的可行性和安全性。移植后液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù) (FLAIR) 的高強(qiáng)度損傷顯著減少。12名患者中有11名的神經(jīng)功能障礙得到顯著改善。這一結(jié)果似乎是由生長和營養(yǎng)因子引起的，例如BDNF和血管生成刺激因子，包括血管內(nèi)皮生長因子和來自管理的MSCs的血管生成素-1。

2016年使用骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞 (SB623) 進(jìn)行了I/IIa期臨床試驗(yàn)，表明沒有劑量限制性毒性或死亡。盡管歐洲卒中量表和美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表的值顯著下降，但未觀察到改良Rankin量表的值發(fā)生變化。

2017年進(jìn)行的I期臨床試驗(yàn)旨在確定靜脈注射人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞 (NCT03186456) 治療急性缺血性中風(fēng)患者的安全性和有效性。

2017年進(jìn)行的另一項(xiàng)I/II期臨床試驗(yàn)使用靜脈輸注的人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞也針對(duì)腦梗死患者（NCT03176498）。一項(xiàng)III期臨床試驗(yàn)使用自體MSCs進(jìn)行，該MSCs從2013年開始在日本被靜脈輸注給患有亞急性動(dòng)脈粥樣硬化性腦梗死的患者（表2）。

脊髓損傷

干細(xì)胞治療脊髓損傷的臨床前研究

脊髓損傷是導(dǎo)致脊髓功能暫時(shí)或永久改變的損傷。在大鼠脊髓損傷模型中，源自小鼠ES細(xì)胞的神經(jīng)膠質(zhì)生成神經(jīng)干細(xì)胞可有效促進(jìn)亞急性期的恢復(fù)。步態(tài)分析表明，移植大鼠表現(xiàn)出后肢重量支撐和部分后肢協(xié)調(diào)性?？煞只癁樯窠?jīng)元細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的次級(jí)神經(jīng)球（不是第一神經(jīng)球）對(duì)脊髓損傷更有效。

將人ES細(xì)胞衍生的少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞移植到成年大鼠脊髓損傷模型中可增強(qiáng)髓鞘再生并促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能改善。靜脈注射源自骨髓的大鼠MSCs改善了脊髓損傷的功能結(jié)果，包括改善了運(yùn)動(dòng)恢復(fù)。在脊髓損傷大鼠模型中靜脈輸注MSCs后，受傷區(qū)域出現(xiàn)廣泛的髓鞘再生，皮質(zhì)脊髓束和5-羥色胺能纖維的萌芽增加。

干細(xì)胞治療脊髓損傷的臨床研究

Geron Corporation在患有亞急性完全性胸脊髓損傷的患者中進(jìn)行了使用源自人ES細(xì)胞的少突膠質(zhì)祖細(xì)胞的I期臨床試驗(yàn)。已開展I/II期臨床試驗(yàn)，評(píng)估自體人骨髓細(xì)胞移植和粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）治療35例完全性脊髓損傷患者的安全性和療效。結(jié)果表明，骨髓細(xì)胞移植和GM-CSF給藥與任何增加發(fā)病率的嚴(yán)重不良臨床事件無關(guān)。

I期臨床試驗(yàn)于2015年啟動(dòng)，旨在分析椎板切除術(shù)后自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療頸椎慢性和完全性脊髓損傷患者的安全性和有效性（NCT02574572）。

此外，2015年一項(xiàng)旨在評(píng)估鞘內(nèi)注射同種異體臍帶來源的MSCs對(duì)脊髓損傷患者的安全性和有效性的I/II期臨床試驗(yàn)。

2018年，一項(xiàng)使用人iPS細(xì)胞來源的神經(jīng)干細(xì)胞的臨床試驗(yàn)細(xì)胞計(jì)劃用于治療日本的亞急性脊髓損傷患者（表2）。

腦損傷

干細(xì)胞治療腦損傷的臨床前研究

創(chuàng)傷性腦損傷通常是由外部機(jī)械力引起的。與對(duì)照組相比，小鼠 ES 細(xì)胞來源的神經(jīng)干細(xì)胞移植到受傷的大鼠大腦中能夠?qū)崿F(xiàn)功能恢復(fù)，并且在轉(zhuǎn)棒測試和復(fù)合神經(jīng)評(píng)分測試中有顯著改善[ 92 ]。移植的 MSCs 通過細(xì)胞替換和營養(yǎng)因子的分泌進(jìn)行內(nèi)源性修復(fù)。在創(chuàng)傷性腦損傷的修復(fù)階段，間充質(zhì)干細(xì)胞表現(xiàn)出在神經(jīng)原生態(tài)位和損傷部位之間建立生物橋梁的能力。

干細(xì)胞治療腦損傷的臨床研究

2014年進(jìn)行了一項(xiàng)試點(diǎn)試驗(yàn)，以評(píng)估自體鞘內(nèi)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療腦損傷患者的安全性和有效性 (NCT02210624)。SanBio 公司為一名慢性中風(fēng)患者設(shè)計(jì)了改良的骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞 (SB623)。SB623 細(xì)胞被認(rèn)為是安全的，具有改善的臨床結(jié)果。日本將進(jìn)行一項(xiàng)使用SB623細(xì)胞治療慢性腦損傷患者的臨床試驗(yàn)（表2）。

腦腫瘤

干細(xì)胞治療腦腫瘤的臨床前研究

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是最具侵襲性的腦腫瘤。由于腦腫瘤干細(xì)胞（BTSCs）具有浸潤性生長、對(duì)輻射和抗腫瘤藥物有抵抗力的特點(diǎn)，常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)療法（最大安全腫瘤切除術(shù)、輔助化療和放療）無法治愈。因此，必須對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞和BTSC進(jìn)行治療以改善腫瘤控制。

基因療法，例如基于細(xì)胞因子的療法、自殺基因療法和溶瘤病毒療法，是預(yù)期的治療方法。雖然一些使用病毒載體的基因療法作為臨床試驗(yàn)進(jìn)行，但它們無法取得理想的結(jié)果。病毒載體不足以覆蓋惡性膠質(zhì)瘤的大侵襲區(qū)域。因此，干細(xì)胞可能是細(xì)胞因子、自殺基因或溶瘤病毒的細(xì)胞運(yùn)載工具，以應(yīng)對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞。

中村等2004年首次使用大鼠MSCs作為大鼠惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤模型的細(xì)胞遞送載體，移植了感染了編碼人白細(xì)胞介素2 (IL-2) 的腺病毒載體的轉(zhuǎn)基因MSCs。MSC遷移到對(duì)側(cè)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞，從而延長了存活期。

一些報(bào)告表明，使用人類神經(jīng)干細(xì)胞作為細(xì)胞傳遞載體的HSVtk或CD 自殺基因治療可以顯著延長腦腫瘤小鼠模型的生存期。具有HSVtk或 CD的MSCs也顯示出對(duì)小鼠惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤模型的抗腫瘤作用。NSCs 和MSCs均能均勻遷移至對(duì)側(cè)腫瘤。先前已經(jīng)報(bào)道了具有HSVtk的小鼠iPS細(xì)胞衍生的NSC，并顯示出與上述相同的結(jié)果。迄今為止，尚未見使用人iPS細(xì)胞來源的NSCs的研究報(bào)道。

在腦腫瘤中，NSCs可能被認(rèn)為是最有效的細(xì)胞載體，因?yàn)樗鼈儗?duì)大腦具有親和力。NSCs不能與MSCs有效區(qū)分。MSCs 的長期植入也并不容易。

干細(xì)胞治療腦腫瘤的臨床研究

最近完成了一項(xiàng)使用NSCs和CD的試點(diǎn)試驗(yàn)，但結(jié)果尚未公布 (NCT01172964)。這是口服5-FC和表達(dá)大腸桿菌CD的轉(zhuǎn)基因 NSC（食品和藥物管理局批準(zhǔn)的 HB1.F3.CDNSC）治療復(fù)發(fā)性高級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤的初步可行性研究（表2）。

已經(jīng)有幾項(xiàng)臨床試驗(yàn)使用干細(xì)胞作為惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤的細(xì)胞遞送載體。iPS細(xì)胞是有吸引力的工具，因?yàn)榇罅康腘SC可以有效地從iPS細(xì)胞中分化出來。iPS細(xì)胞的出現(xiàn)有可能加速使用神經(jīng)干細(xì)胞作為惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞傳遞載體的基因治療。

三、未來方向

干細(xì)胞具有自我更新和分化成各種類型細(xì)胞的能力。此外，一些干細(xì)胞可以分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子來保護(hù)組織，并可以遷移到受損區(qū)域進(jìn)行組織修復(fù)。它們還可以用作細(xì)胞因子、基因或病毒的細(xì)胞傳遞載體。因此，基于干細(xì)胞的療法是一種很有前途的方法。

有許多使用MSCs的臨床前/臨床研究，因?yàn)镸SCs很容易從成人組織中收獲，可以防止免疫排斥反應(yīng)，并且形成畸胎瘤的風(fēng)險(xiǎn)低。然而，使用MSCs存在未解決的問題，特別是對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)疾病。MSCs介導(dǎo)的功能恢復(fù)可能是由唯一的神經(jīng)營養(yǎng)因子引起的。此外，MSCs不能有效分化為神經(jīng)組織。因此，從ES細(xì)胞或iPS細(xì)胞分化而來的神經(jīng)干細(xì)胞可能適用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

需要對(duì)哪種類型的干細(xì)胞適用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)行比較分析。盡管仍需要研究最佳劑量、分化狀態(tài)、給藥方式和潛在治療機(jī)制等技術(shù)障礙，但干細(xì)胞在治療人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面顯示出潛力。

參考資料：Ryota Tamura, Masahiro Toda. Stem cell-based therapies for neurological disorders[J]. AIMS Cell and Tissue Engineering, 2018, 2(1): 24-46. doi: 10.3934/celltissue.2018.1.24

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