神經干細胞在神經退行性疾病中應用的困難及前景

摘要：研究顯示，神經退行性疾病主要特征均為大腦特定區域發生神經元丟失，且具有進行性特征，因此有學者提出可通過植入外源性神經干細胞獲得顯著治療目的。由于大腦內部神經元結構錯綜復雜，因此移植神經干細胞治療神經退行性病變仍具有較大困難。今后的工作方向應以激活自身神經干細胞給予內源性治療為主，移植神經干細胞進行外源性治療為輔，從而有效解決細胞來源不足及存活率低、存活時間短的問題。

關鍵詞：神經干細胞；神經退行性疾病；難題；前景

近年來，隨著周圍環境及生活結構改變等多因素共同作用，神經退行性疾病發生率呈顯著上升趨勢，嚴重影響人類生活質量及生命安全。本文將探討神經干細胞在神經退行性疾病臨床治療過程中的困難及前景，為臨床治療此類疾病提供更為可靠的依據，現總結如下。

1概述

人體神經系統由胚胎時期的神經管起源并發育所得，主要組成物質為膠質細胞及神經元。研究表明，腦部在人體生命中具有維持正常功能的作用，隨著人體年齡增長，機體中DNA損傷越加嚴重，蛋白質變性、降解等速度加快，此外機體原發及繼發疾病增加，均可使大腦發生神經退行性疾病。臨床常見的神經退行性疾病包括阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）、帕金森病（Parkinson's disease，PD）等。

2退行性病變

成人腦中神經干細胞分布在整個側腦室嘴尾側范圍，但并不與第三腦室或第四腦室相鄰。研究表明，在成人腦室下區（SVZ）、海馬等局部腦區均有神經發生，且能夠通過人體正常鍛煉、飲食、營養因子等因素對其分化及增值情況產生影響。但神經干細胞僅限于此區域活動，在其他區域并未發揮應有作用。

Benraiss [1]等提出，機體血液、毛發、皮膚、小腸等具有較快的細胞更新組織，干細胞的穩定性對上述組織穩定起到至關重要的作用，但人腦海馬、嗅球（OB）等細胞增殖及自我更新能力較低的器官中，細胞更新狀態并不像上述其他器官中作用重要，維持神經元功能完整性在有絲分裂后期在細胞增殖及自我能力較低的器官中反而顯得重要，而維持神經元功能完整性的主要因素在于穩定的新陳代謝內環境、蛋白質及DNA完整性以及線粒體功能等。腦部喪失突觸密度、增加蛋白質及DNA氧化損傷、其他可見于正常人腦老化的相關改變均與機體發生功能減退密切相關，提示人腦中海馬、OB等區域中，神經干細胞的分化及增值狀態是維持其正常功能的關鍵因素。

隨著年齡增長，大腦將出現不同程度的功能減退，根據性質不同可將其分為兩個階段，即初級階段及次級階段。初級階段是指大腦由于非疾病狀態的功能喪失，多見于紋狀體-額葉系統功能減退，5-羥色胺、多巴胺、去甲腎上腺素水平逐漸降低，導致額葉白質纖維束完整性喪失，前額葉皮質容量及功能減退。有研究顯示，正常成年人40歲之后大腦容量每10年約喪失5%，但年齡增長越多，大腦容量減少速度反而降低，即70歲以后，大腦容量減少速度變為每10年喪失1%。有研究顯示，在大腦容量減少的同時，海馬區域中神經元并未發生退變，其樹突可持續生長至人體90歲甚至更久。

次級階段主要指由于AD、PD等與年齡相關疾病所致的功能喪失。研究表明，機體衰老可伴隨認知功能減退，此現象與細胞變化有關，即由于機體中蛋白質及DNA損傷加重、氧化應激增加、線粒體功能減退、細胞新陳代謝受損、脂質及蛋白質副產品（脂褐素等）在腦中積聚等因素，為退行性病變的發生、發展提供有利條件，最終導致神經元死亡。

3神經干細胞

神經干細胞（ncural stem cells，NSCs）是指具有一定分化能力（分化為神經元、少突膠質細胞及星形膠質細胞），可進行自我更行并對機體提供大量腦組織細胞的一類細胞總稱。神經干細胞的主要特征 [2]：①來自神經系統和（或）產生神經組織；②多潛能分化產生其他細胞（不對稱分裂），且分化過程與局部微環境密切相關；③具有高度的自我更新及增殖能力；④具有組織融合性及遷移功能，可根據機體神經系統發育過程沿發育方向遷移；⑤免疫原性較低。

以往研究表明，神經干細胞主要在神經系統發生過程中產生，但近年來隨著臨床醫學不斷發展，現已能從成年鼠、胎鼠、成人及胎兒的腦部皮層、紋狀體、中腦、室管膜下層、前腦、海馬等區域及脊髓中分離獲得神經干細胞。

4神經干細胞治療神經退行性疾病

研究顯示 [3]，帕金森病、阿爾茨海默病等神經退行性疾病主要特征均為大腦特定區域發生神經元丟失，且具有進行性特征，因此有學者提出可通過植入外源性神經干細胞獲得顯著治療目的，并引起廣大醫務工作者高度重視。

3. 1治療原理神經干細胞成功移植入人腦后，可在神經中樞系統（ccntral nervous system，CNS）內發生遷移并分化為神經元，替代原有損傷神經元，從而改善神經退行性疾病患者的神經功能。有研究顯示，移植后神經干細胞還可分化成少突膠質細胞對損傷的神經具有一定修復作用，如臨床用于治療多發性硬化癥等。

3. 2 治療特點①由于神經干細胞具有遷移功能，因此在非病理狀態下于神經中樞系統中發生積聚及遷移效率較低，在病理狀態下可根據病變部位神經源性信號指引到達該部位并分化為特異性細胞；②神經干細胞免疫原性較低，其直接于人腦神經系統中產生作用，有效避免血腦屏障干擾，因此進行移植后僅發生較少的異體排斥反應，存活率較高、風險性較低；③神經干細胞無任何毒性，因此治療時未產生任何毒副作用，治療安全性較高。

研究表明，目前常用的神經干細胞治療神經退行性病變途徑為外源性途徑，即植入基因工程細胞或直接替代機體中發生損傷組織從而達到治療目的，或植入以神經干細胞為載體的神經生長因子，分泌促進干細胞增殖與存活。

3. 3 治療難題研究表明 [4]，植入神經干細胞治療神經退行性疾病的關鍵因素在于：①植入機體后能夠成功存活；②發揮遷移作用進入需要產生替代細胞的病變區域；③可在機體中成功分化為所需細胞；④所需細胞分化成功后可與宿主組織連接并發揮功能。

但有研究顯示 [5]，由于大腦內部神經元結構錯綜復雜，因此移植神經干細胞治療神經退行性病變仍具有較大困難：①病變過程改變大腦環境；②移植成功后對其最終分化表型無法調控；③神經退行性病變患者大多為老年人群，大腦發生老化后將產生有害環境，從而影響治療效果。

3. 4治療前景目前對多數中樞神經系統疾病進行治療時需采用大分子物質（腦原性生長因子、神經生長因子），利用永生化細胞系作為基因載體，將上述大分子物質植入機體神經組織后，提高外源性基因在大腦內的表達效果。研究表明，大分子物質成功移植后，可對受損部位進行定向遷移并成功對外源性基因進行表達，產生相應的生長因子或細胞因子，誘導自身干細胞定向分化，從而達到細胞替代和基因治療的雙重作用。

上述方法即可稱為神經干細胞治療神經退行性疾病的內源性途徑，其特點為對內源性神經干細胞進行有效激活，從而使其發生分化及增值，使機體中發生損傷的中樞神經系統自我修復后達到治療目的。但有研究顯示 [6]，目前僅證實通過注入生長因子、有效鍛煉及調節機體內激素水平可有效促進神經生成，仍無法證實成功生成的神經存在于海馬的前側腦室，因此該方法僅適用于小規模細胞移植治療。

此外Olanow [7]等研究可知，接受神經干細胞移植的PD患者，其死后尸檢表明神經干細胞移植后曾經存活，并與宿主組織形成突觸聯系，但其陽性治療效果僅出現于年輕成人或高劑量移植患者。該研究指出，在神經干細胞移植6個月后，患者神經功能得到顯著改善，但當對其停止環孢霉素抑制后，此前獲得的改善效果卻逐漸喪失，待患者移植兩年后與未進行神經干細胞移植的患者無顯著功能改善發生，提示對神經干細胞移植治療的退行性病變患者應連續給予免疫抑制，從而改善臨床效果。

有研究顯示，由于神經干細胞具有高效的增殖能力，因此可探討利用其進行體外培養，產生人體所需神經組織并植入機體，但該方法尚處于試驗階段，可行性有待今后工作中深入研究。

目前，有學者致力于使用胎兒干細胞進行退行性病變治療，但該方法倫理問題仍引發激烈討論，且胎兒干細胞來源不足，因此大多實驗僅停留在理論階段。

4結論

目前，常用的神經干細胞治療神經退行性病變途徑包括外源性途徑及內源性途徑，但無論何種途徑均未獲得臨床證實，今后的工作方向應以激活自身神經干細胞給予內源性治療為主，移植神經干細胞進行外源性治療為輔，從而有效解決神經干細胞來源不足、存活率低、存活時間短等問題 [8]。

參考文獻：

[1]Benraiss A.Chmielnicki E.Lerner K，et al. Adenoviral brain-derived neurotrophic factor induces both neostriatal and olfactory neuronal recruitment from endogenous progenitor cells in the adult forebrain[J]. J Neurosci， 2011， 21(17): 6718-6731.

[2]Calza L， Giuliani A， Femandez M， et al. Neurla stem cells and cholinergic neurons：regulation by immunolesion and treatment with mitogens，retinoic acid，and nerve growth factor[J]．PNAS，2013，100(12)：7325-7330．

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[6]鄔偉，楊景全，陳松芳.骨髓間充質干細胞移植對阿爾茨海默病大鼠學習記憶能力的影響[J]. 溫州醫學院學報， 2012， 38(5): 412-414.

[7]Olanow CW， Goetz CG， Kordower JH， et al. A double-blind controlled trial of bilateral fetal nigral transplantation in Parkinson's disease[J]. Ann. Neurol，2013， 54(3): 403-414.

[8]Sugaya K，Kwak YD，Ohmitsu O，et al.Practical issues in stem cell therapy for Alzheimer's disease[J].Curr Alzheimer Res， 2012，4(4):370-377.

編輯/蘇小梅