一、簡介

盡管進(jìn)行了幾個世紀(jì)的研究，但神經(jīng)退行性疾病在老齡化世界中繼續(xù)造成越來越大的身體和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。這些疾病包括帕金森病 (PD)、阿爾茨海默病 (AD)、肌萎縮側(cè)索硬化 (ALS)、巴頓病和亨廷頓舞蹈病等。自發(fā)現(xiàn)以來，神經(jīng)退行性疾病已通過尸檢和體檢在臨床上得到鑒定。蛋白質(zhì)聚集體的形成、局部神經(jīng)元死亡和進(jìn)行性癥狀都是神經(jīng)變性的典型表現(xiàn)；然而，由于遺傳學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，我們對這些疾病的發(fā)病機(jī)制和病因?qū)W的了解得到了重建。在再生醫(yī)學(xué)的推動下，圖1)。

隨著細(xì)胞重編程的進(jìn)步，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞為PD中發(fā)現(xiàn)的局部神經(jīng)變性的細(xì)胞治療提供了最大的潛力。由于iPSCs患者的特異性，移植后免疫反應(yīng)的可能性可以顯著降低。

迄今為止，已有170項(xiàng)臨床試驗(yàn)采用間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC)、神經(jīng)祖細(xì)胞干細(xì)胞 (NPC) 和骨髓來源的單核細(xì)胞 (BM-MNC) 來緩解阿爾茨海默氏病 (AD)、帕金森氏病 ( PD)、亨廷頓病 (HD)、肌萎縮側(cè)索硬化 (ALS)、多發(fā)性硬化 (MS)、脊髓損傷 (SCI) 和腦缺血 (BI)。

二、帕金森病的病理

帕金森病的主要病理改變?yōu)楹谫|(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡，但為何會引起黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡的病因及發(fā)病機(jī)制尚未完全明了。

帕金森病的發(fā)病因素有以下幾個方面：遺傳因素，到目前至少發(fā)現(xiàn)17個單基因是家族性帕金森病連鎖的基因位點(diǎn)，另一些尚未克隆的基因還有待于進(jìn)一步研究，目前認(rèn)為約10%的患者有家族史，絕大多數(shù)為散發(fā)性。

除基因突變導(dǎo)致少數(shù)患者發(fā)病外，基因易感性可使患病幾率增加，但并不一定發(fā)病，只有在環(huán)境因素、神經(jīng)系統(tǒng)老化等因素的共同作用下，通過氧化應(yīng)激、蛋白酶體功能障礙、炎性免疫反應(yīng)等途徑導(dǎo)致發(fā)病。帕金森，確切原因目前不清楚，考慮是跟家族遺傳有關(guān)系。

在這里，我們檢查導(dǎo)致我們目前對PD的理解的發(fā)現(xiàn)，并提出誘導(dǎo)多能干細(xì)胞移植作為最可行的帕金森疾病緩解療法之一。

三、帕金森研究的重大基因發(fā)現(xiàn)

2018年，至少發(fā)現(xiàn)了5個主要的常染色體顯性基因、5個常染色體隱性或X連鎖因子和11個與帕金森樣癥狀相關(guān)的其他疾病的單基因突變。其中最值得注意的是富含亮氨酸重復(fù)激酶2 (?LRRK2?) 的突變和多態(tài)性，這是一種在神經(jīng)元存活中發(fā)揮作用的基因，以及編碼一種稱為α-突觸核蛋白的蛋白質(zhì)的SNCA基因 (表格1) 。

PD繼承	疾病，（突變）	基因、位置	基因功能	表型
常染色體顯性	PARK-SNCA，（A53T，重復(fù)，三次）	SNCA , 4q22-1	SNCA基因編碼廣泛表達(dá)于神經(jīng)元突觸前末梢的α-突觸核蛋白。α-突觸核蛋白維持參與神經(jīng)元通訊的囊泡的產(chǎn)生。α-突觸核蛋白也被認(rèn)為在自愿和非自愿運(yùn)動通路的多巴胺表達(dá)中發(fā)揮作用。	早發(fā)性 PD。SNpc 內(nèi)的神經(jīng)變性和整個大腦的路易體形成。
	PARK-LRRK2 , ( G0219s , R1441C )	LRRK2 , 12q12	編碼富含亮氨酸的重復(fù)激酶 2 蛋白，在神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)和線粒體膜中表達(dá)。LRRK2大量參與分子的泛素化，導(dǎo)致它們的降解。PD 中的確切功能尚不清楚，但它被認(rèn)為可以協(xié)調(diào)中腦中的神經(jīng)元存活和分化。	具有混合神經(jīng)病理學(xué)的遲發(fā)性 PD。一些病例在 SN 中出現(xiàn)路易體形成和 DAn 死亡，其他病例則沒有路易體形成。
常染色體隱性	PARK-DJ1 , ( Q456X , V170G )	DJ-1 , 1p36.23	編碼在大腦和全身其他組織中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)DJ-1。DJ-1是一種多功能蛋白，其作用涉及預(yù)防 α-突觸核蛋白聚集、氧化應(yīng)激條件下的神經(jīng)元保護(hù)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和金屬誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性預(yù)防。這些功能的全部或部分可能與某些類型的早期PD形成有關(guān)。	尚未報(bào)告確鑿的數(shù)據(jù)。
	PARK-PINK1，（外顯子 7 缺失）	粉紅1 , 1p36.12	位于線粒體內(nèi)的蛋白質(zhì)PTEN誘導(dǎo)的推定激酶1的代碼。PINK1通過使 parkin 蛋白與去極化的線粒體結(jié)合并誘導(dǎo)自噬，在細(xì)胞應(yīng)激期間表現(xiàn)出線粒體的保護(hù)功能。	早發(fā)性PD伴有路易體形成和SNpc中的急性DAn丟失。
遺傳危險(xiǎn)因素	戈謝病 ( L444P , N370S )	大灣區(qū), 1q22	編碼在溶酶體和細(xì)胞膜中具有活性的酶。β-葡糖腦苷脂酶是一種管家酶，可將葡糖腦苷脂的 β-糖苷鍵水解為葡萄糖和神經(jīng)酰胺。突變導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中葡萄糖腦苷脂的積累。	除了肝功能衰竭、骨損傷和低血細(xì)胞計(jì)數(shù)外，還有嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。

四、遺傳性帕金森病的定制療法

PD背后的病理學(xué)涉及導(dǎo)致類似癥狀的多個系統(tǒng)和神經(jīng)遞質(zhì)的功能障礙。然而，患者對左旋多巴治療的高度可變和集中反應(yīng)表明，不同的退化生化機(jī)制可能需要不同的治療方法。這些差異包括運(yùn)動反應(yīng)的變化、運(yùn)動障礙、精神病發(fā)作、睡眠障礙和視覺幻覺。

個性化醫(yī)療方法為患有特定PD亞群的患者提供更有效的臨床治療和額外的益處。在討論醫(yī)療干預(yù)時，個性化醫(yī)療與精準(zhǔn)醫(yī)療被廣泛混為一談，我們將交替使用這兩者來考慮針對給定PD患者亞群的靶向治療，以及從整體上接近他們的病情。

特定遺傳因素的影響可以解釋個體藥物反應(yīng)的一些差異。遺傳差異在藥物攝取的代謝途徑中起著重要作用，這可能會影響對治療的反應(yīng)。盡管PD的大部分遺傳性尚未得到解釋，但藥物基因組學(xué)領(lǐng)域試圖研究遺傳學(xué)對藥物力學(xué)的影響——特別是多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、受體和對PD多巴胺加工至關(guān)重要的酶之間的相互作用。

家族性LRRK2PD患者可以使用LRRK2抑制劑治療，制藥公司已于今年早些時候開始臨床試驗(yàn) (ID：NCT03710707）。相反，特定的藥物治療方案會增加特定基因型的風(fēng)險(xiǎn)。多巴胺活性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1基因 (?DAT1?) 多態(tài)性的那些人，該基因參與化學(xué)突觸中多巴胺的再攝取，當(dāng)用左旋多巴治療時，發(fā)生運(yùn)動障礙的可能性增加2.5倍，同時顯示DAT1的不同點(diǎn)突變增加使用多巴胺能藥物治療時出現(xiàn)幻覺的風(fēng)險(xiǎn)。遺傳因素也受治療性別的影響。多巴胺受體D2 (DRD2) 是一種多巴胺能受體亞型，多態(tài)性可保護(hù)左旋多巴誘導(dǎo)的男性運(yùn)動障礙，但對女性沒有保護(hù)作用。

遺傳差異也可能受到表觀遺傳因素的影響。將來，臨床醫(yī)生還可以根據(jù)個體的生理進(jìn)展而不是癥狀的嚴(yán)重程度來個性化治療方式。研究人員正在開發(fā)α-突觸核蛋白示蹤劑以檢查體內(nèi)α-突觸核蛋白形成的定位和嚴(yán)重程度，但是，目前尚無此技術(shù)。雖然基于特定亞型的個性化醫(yī)療的實(shí)施為患者帶來了許多好處，但由于 PD的進(jìn)展性和動態(tài)性，治療方式可能需要不斷修改。

最終，PD的個性化治療體現(xiàn)了年齡、生活方式、基因型、性格和其他并發(fā)疾病的整體跨度。這種策略相對較新，理想情況下取決于多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，以確保在執(zhí)行給定的治療計(jì)劃之前考慮所有患者的特定需求。

五、多能干細(xì)胞

hESC和iPSC都具有獨(dú)特的品質(zhì)，這使它們成為研究PD發(fā)展的理想候選者?？梢远ㄖ聘杉?xì)胞以分化成多種細(xì)胞命運(yùn)，包括在細(xì)胞水平上模擬PD的SNpc的DAn。誘導(dǎo)干細(xì)胞也是患者特異性的，為表型相似狀態(tài)下的 PD突變和多態(tài)性風(fēng)險(xiǎn)因素的個體貢獻(xiàn)打開了一扇窗。DAn壽命也可以與其他iPSC神經(jīng)元（如皮質(zhì)和嗅覺神經(jīng)元）進(jìn)行比較，以探測SNpc中DAns的超敏反應(yīng)。此外，TALEN、CRIPSR和其他基因重編程技術(shù)的出現(xiàn)已應(yīng)用于iPSC患者系并得到廣泛審查。然后可以檢查校正后的突變系。獲得高比例的功能齊全、成熟的腹側(cè)中腦DAn可能非常具有挑戰(zhàn)性，而且擴(kuò)大規(guī)模成本高昂。iPSC治療的技術(shù)障礙和倫理障礙可能會限制移植重編程干細(xì)胞的可行性，但PD治療的這種機(jī)會是前所未有的。

首個從iPSC來源移植DAns的人體臨床試驗(yàn)于今年在日本開始（ID：UMIN000033564）。

六、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞作為帕金森病的細(xì)胞療法

iPSC的有效性也已作為實(shí)現(xiàn)這種疾病改變治療的方法進(jìn)行了檢驗(yàn)。干細(xì)胞已被用于許多涉及神經(jīng)損傷的試驗(yàn)中。第一次發(fā)生在2010年，一項(xiàng)使用hESC治療脊髓損傷 (SCI) 的臨床試驗(yàn)。

從那時起，干細(xì)胞衍生產(chǎn)品已用于其他動物和人體試驗(yàn)，用于治療神經(jīng)疾病，范圍從年齡相關(guān)性黃斑變性 (AMD) 的陽性結(jié)果到AD的不良結(jié)果。這些試驗(yàn)產(chǎn)生了好壞參半的結(jié)果——在某些情況下，由于細(xì)胞和大體解剖差異，突出了模型生物體在預(yù)測人類神經(jīng)變性治療療效方面的局限性。

由于相對局部的神經(jīng)變性，PD也是細(xì)胞療法的良好候選者。1987年，腹側(cè)中腦的胎兒組織被植入PD患者體內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，在某些情況下，即使在植入后20年，細(xì)胞仍能存活和DAn功能。如上所述，每位患者采集4-10個胚胎的倫理學(xué)和保存后細(xì)胞存活的局限性阻礙了胎兒細(xì)胞移植作為全國范圍內(nèi)可行的細(xì)胞治療形式。

hESC也被用于2017年的中國PD試驗(yàn)，但在沒有確鑿數(shù)據(jù)的情況下推測其有效性還為時過早。盡管hESC植入可能會產(chǎn)生有希望的結(jié)果，但必須使用強(qiáng)免疫抑制劑來確保移植物被接受。所有重編程細(xì)胞移植的安全性至關(guān)重要。在進(jìn)行移植試驗(yàn)時，必須采取預(yù)防措施以防止感染、移植物引起的運(yùn)動障礙和腫瘤發(fā)生。盡管細(xì)胞移植總是會帶來一些風(fēng)險(xiǎn)，但iPSC的優(yōu)勢為PD的細(xì)胞治療提供了一個可行的未來。這些相關(guān)的基于細(xì)胞的療法的歷史可以在圖2。

從1987年開始，胎兒腹側(cè)中腦 (VM) 組織被用作第一個使用細(xì)胞治療PD的臨床試驗(yàn)的細(xì)胞來源。近年來，人類胚胎干細(xì)胞 (hESC) 被用于許多涉及神經(jīng)變性的臨床試驗(yàn)。hESCs的使用在脊髓損傷 (SCI)、年齡相關(guān)性黃斑變性 (AMD) 以及心臟細(xì)胞損傷方面顯示出特殊的前景。2018年夏天，臨床醫(yī)生開始進(jìn)行首次使用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC) 作為細(xì)胞來源治療PD的人體試驗(yàn)。該試驗(yàn)將在兩年內(nèi)跟蹤7名患者。這些試驗(yàn)的結(jié)果在文中有詳細(xì)說明。

第一個優(yōu)勢是可以在不犧牲人類胚胎的情況下建立iPSC細(xì)胞系，消除了人類干細(xì)胞治療的一大倫理障礙。iPSC 還允許在患者特異性治療中匹配人類白細(xì)胞抗原 (HLA)，從而有效降低術(shù)后免疫抑制劑的嚴(yán)重程度。在靈長類動物研究中，組織相容性還顯示淋巴細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫反應(yīng)降低，以及在DAns的iPSC移植中細(xì)胞存活率增加。iPS去分化和重編程可能耗時較長，給患者帶來高成本負(fù)擔(dān)，但減少免疫排斥反應(yīng)和通用供體系可在擴(kuò)大規(guī)模時顯著降低成本。患者特異性iPSC移植所需的步驟概述于圖3。

在日本，研究人員估計(jì)，通過匹配三個HLA基因座（A、B和DR），來自HLA純合子供體的50個iPS細(xì)胞系將??覆蓋73%的日本人口。靈長類動物研究已經(jīng)證明，在將人類iPSC移植到PD的非人類靈長類動物模型中兩年后，情況有了顯著改善。這些移植到非人類靈長類動物中的人類iPSC起到了中腦DAns的作用，并改善了得分運(yùn)動。同樣，在非人類靈長類動物模型中對iPSC移植物進(jìn)行的尸檢分析顯示，其生長、增殖和整合到現(xiàn)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的能力很強(qiáng)。靈長類動物移植也已通過臨床級人類ESC實(shí)現(xiàn)，并且未顯示明顯的腫瘤形成，以及顯著的運(yùn)動恢復(fù)。然而，在不久的將來，將確定用iPSC移植物治療人類PD的臨床療效。

首先，成纖維細(xì)胞是從患有家族性PD的患者身上獲得的。研究人員表達(dá)主要的重編程轉(zhuǎn)錄因子以建立突變的iPSC細(xì)胞系。使用ZNF/TALEN或CRISPR/Cas9技術(shù)，糾正顯著突變，然后在無異源條件下將細(xì)胞系分化為成熟或祖細(xì)胞DA神經(jīng)元。經(jīng)過充分的質(zhì)量保證后，分化的細(xì)胞即可用于臨床試驗(yàn)。

靈長類動物和人類研究之間的主要區(qū)別將是實(shí)際PD患者的治療，而不是化學(xué)誘導(dǎo)的靈長類動物模型。由 Takahashi 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)宣布了第一個iPSC生成的DAn移植治療PD的人體臨床試驗(yàn)。

該試驗(yàn)于2018年8月1日在京都大學(xué)醫(yī)院開始。細(xì)胞將來自具有匹配HLA位點(diǎn)的第三方供體，以確保遺傳完整性并消除患者的遺傳干擾。在大鼠模型中進(jìn)行了額外的測試以確認(rèn)療效。然而，由于該試驗(yàn)的探索性，患者仍將接受免疫抑制劑治療。大約500萬個細(xì)胞將通過顱骨上的兩個鉆孔注入SNpc。已選擇7名中度PD患者進(jìn)行試驗(yàn)，這些患者在神經(jīng)變性早期接受細(xì)胞治療，但也存在更大的實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，將接受兩年隨訪。臨床醫(yī)生將監(jiān)測疾病的進(jìn)展，以及SNpc中多巴胺過多會導(dǎo)致不自主運(yùn)動的其他副作用。雖然圍繞iPSC和基因工程的許多問題和倫理問題仍然存在，但PD的未來看起來很有希望。然而，iPSC治療PD可能不會完全恢復(fù)功能，應(yīng)在其他治療方案的背景下進(jìn)行檢查。

八、結(jié)論

即使是SNpc中7800個DAns的一小群丟失也可能導(dǎo)致PD患者嚴(yán)重虛弱。盡管細(xì)胞死亡可能由多種假設(shè)機(jī)制引起，但最終神經(jīng)元存活對于正常的運(yùn)動和認(rèn)知功能是不可或缺的。由于目前沒有從嚴(yán)重細(xì)胞死亡中恢復(fù)的療法，iPSC提供了一種可能恢復(fù)無病狀態(tài)的替代途徑。相反，不易患PD的患者特異性細(xì)胞可能會被移植回SNpc，恢復(fù)功能的雄心終于觸手可及。程序性細(xì)胞死亡并不只影響PD患者。然而，與其他形式的神經(jīng)變性相比，iPSC療法更適合PD，因?yàn)镻D神經(jīng)元死亡相對局限。

因此，細(xì)胞療法可以，比對抗更彌漫和更廣泛的退化（例如ALS或AD）所需的目標(biāo)和侵入性更小。正如之前在動物和靈長類動物模型中所顯示的那樣，患者特異性細(xì)胞療法與個性化藥物遺傳學(xué)相結(jié)合，可能為減輕人類帕金森病嚴(yán)重的神經(jīng)退行性變提供了途徑。

參考資料：Stoddard-Bennett T, Reijo Pera R. Treatment of Parkinson’s Disease through Personalized Medicine and Induced Pluripotent Stem Cells. Cells. 2019 Jan 7;8(1):26. doi: 10.3390/cells8010026. PMID: 30621042; PMCID: PMC6357081.

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