間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療帕金森病的研究進(jìn)展

王　晶　單立冬　趙紅如

間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療帕金森病的研究進(jìn)展

王晶單立冬趙紅如

帕金森病（PD）是一種以靜止性震顫、肌強(qiáng)直、運(yùn)動遲緩為主要癥狀，常見于中老年的慢性進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，多樣化的治療途徑，如針對DA和其它神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的新型藥物、神經(jīng)營養(yǎng)因子、基因療法及干細(xì)胞治療等［1，2］均有緩解疾病的潛力。由于DA能神經(jīng)元丟失部位較集中，PD特別適合細(xì)胞和基因治療。研究表明不同來源的干細(xì)胞［3，4］、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞［5］在一定的培養(yǎng)條件下均能向DA能神經(jīng)元分化。大多數(shù)干細(xì)胞治療PD動物模型的實(shí)驗(yàn)研究均基于DA能神經(jīng)元干細(xì)胞可以發(fā)展為替代病變的神經(jīng)元［3，6］，但較多研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）也能保護(hù)和刺激受損DA能神經(jīng)元細(xì)胞［7，8］。本文闡述MSCs的特性及其在PD模型治療中的作用機(jī)制。

1　間充質(zhì)干細(xì)胞的特性

MSCs是一類多能干細(xì)胞，源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層。主要存在于結(jié)締組織和器官間質(zhì)中，以骨髓組織中含量最為豐富。該細(xì)胞具有如下特性：（1）自我更新和多向分化潛能 在一定培養(yǎng)條件下，MSCs除具有分化為中胚層細(xì)胞潛能外，還可以突破胚系壁壘，跨系分化為神經(jīng)元樣細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞等。MSCs連續(xù)傳代培養(yǎng)和冷凍保存后仍具有多向分化潛能及干細(xì)胞特性。（2） MSCs組織來源豐富、取材方便、易進(jìn)行體外擴(kuò)增、供者來源幾乎無限制性，不涉及相關(guān)的倫理問題。（3）低免疫原性能夠逃避受者免疫系統(tǒng)反應(yīng)，并能夠誘導(dǎo)外周免疫耐受。（4）MSCs能夠遷移。在損傷腦研究中發(fā)現(xiàn)MSCs能遷移到損傷處［9］。（5）MSCs致瘤率較低。（6）MSCs體外基因轉(zhuǎn)染率高，并能穩(wěn)定高效表達(dá)外源基因等優(yōu)點(diǎn)。

2　MSCs治療PD模型的研究

2.1MSCs移植治療PD 大量PD動物模型實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)MSCs可以保護(hù)DA能神經(jīng)元，重要的是可以促進(jìn)神經(jīng)元的再生［8，10］。LiY［11］是第一位證實(shí)移植BMSCs至MPTP誘導(dǎo)的PD大鼠模型后行為恢復(fù)。而在6-OHDA誘導(dǎo)的DA神經(jīng)元丟失后，也可以觀察到移植的BMSCs生存能力和遷移明顯增加。Offen等［12］將BMSCs誘導(dǎo)為能表達(dá)DA能神經(jīng)元標(biāo)記的細(xì)胞，并將其移植至6-OHDA誘導(dǎo)的PD模型中，大多數(shù)移植的細(xì)胞能在紋狀體內(nèi)存活，表達(dá)酪氨酸羥化酶（TH）增加，促進(jìn)動物行為恢復(fù)。Delcroix等［13］用DA誘導(dǎo)的人MSCs亞群結(jié)合藥物活性微載體移植至PD大鼠內(nèi)，能夠保護(hù)和修復(fù)黑質(zhì)紋狀體通路并促進(jìn)行為康復(fù)。

2.2MSCs作為載體在治療PD的潛能 由于神經(jīng)營養(yǎng)因子不能通過血腦屏障，向腦內(nèi)移植MSCs能穩(wěn)定存活并分泌所需神經(jīng)營養(yǎng)因子的細(xì)胞，將使臨床應(yīng)用MSCs治療PD成為可能。MSCs體外基因轉(zhuǎn)染率高，并能穩(wěn)定高效表達(dá)外源基因等優(yōu)點(diǎn)，因此是體外基因治療的一個理想的載體。雖然移植MSCs能明顯改善PD動物模型的運(yùn)動功能障礙，但其功效和生存力有限。近幾年基因修飾和轉(zhuǎn)導(dǎo)MSCs治療PD研究得到廣泛關(guān)注。大量研究［14］證明通過MSCs傳遞生長因子的蛋白或基因能有效的保護(hù)PD動物的DA能神經(jīng)元，特別是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)秩蛋白。Teresa等［14］研究腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子轉(zhuǎn)導(dǎo)的MSCs移植至PD的大鼠模型中的作用，經(jīng)移植后6-OHDA誘導(dǎo)損傷的大鼠移植鄰近區(qū)TH陽性細(xì)胞數(shù)明顯增加，TH免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)GDNF轉(zhuǎn)導(dǎo)的BMSCs 在DA變性壞死的紋狀體內(nèi)能誘導(dǎo)顯著的營養(yǎng)效應(yīng)，提示移植細(xì)胞可能分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子能使殘余的多巴胺能神經(jīng)末梢芽生。Shi等［15］把TH和GDNF轉(zhuǎn)染的BMSCs分別移植至6-OHDA 損傷的大鼠腦內(nèi)，均明顯減少阿樸嗎啡誘導(dǎo)的大鼠旋轉(zhuǎn)行為。與未修飾的BMSCs比較，神經(jīng)生長因子修飾的BMSCs對PD鼠的行為恢復(fù)有更明顯效果。

3　MSCs移植治療PD可能的潛在機(jī)制

3.1MSCs旁分泌因子對神經(jīng)元的保護(hù)和修復(fù) MSCs能分泌一系列的生長因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子和細(xì)胞因子［16］。將人MSCs分別移植至大鼠腦內(nèi)，發(fā)現(xiàn)移植的MSCs可刺激內(nèi)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)增加［17］。Shintani等［18］發(fā)現(xiàn)MSCs的條件培養(yǎng)基也能明顯減少6-OHDA損傷的DA神經(jīng)元死亡。此外，有研究顯示移植入PD模型腦中的MSCs可分化為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞并促進(jìn)GDNF的分泌，從而減輕6-OHDA的神經(jīng)毒性［19］。

3.2MSCs與宿主細(xì)胞的相互作用 除了對宿主DA神經(jīng)元的作用外，移植的MSCs分泌的營養(yǎng)因子能作用內(nèi)源性的神經(jīng)干細(xì)胞，膠質(zhì)細(xì)胞和血管，促進(jìn)神經(jīng)組織修復(fù)和功能康復(fù)。體外研究顯示MSCs能發(fā)出促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞分化的信號，并能促進(jìn)宿主自身的神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和遷移［20］。Cova等［20］將人MSCs移植至6-OHDA損傷的紋狀體，增強(qiáng)腦室下區(qū)的神經(jīng)再生，推測移植的MSCs與內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的相互作用對于DA神經(jīng)元的修復(fù)至關(guān)重要。除此以外，Park等［21］認(rèn)為MSCs移植至PD模型可促進(jìn)腦室下區(qū)和黑質(zhì)紋狀體的神經(jīng)再生，增加神經(jīng)干細(xì)胞向DA神經(jīng)元的分化，由此推測移植的MSCs對內(nèi)生性神經(jīng)干細(xì)胞很可能通過分泌皮生長因子與其在腦室下區(qū)的受體起作用。

3.3旁分泌因子的抗凋亡作用 缺血和受損傷的大腦，在移植BMSCs后細(xì)胞凋亡減少和神經(jīng)元的存活率增加，細(xì)胞增殖能力加強(qiáng)。給予蛋白酶體抑制劑MG-13導(dǎo)致DA神經(jīng)元進(jìn)行性丟失，而移植人MSCs明顯緩解TH陽性細(xì)胞的減少和capase-3活性降低［22］。此外，有研究者發(fā)現(xiàn)MSCs對6-OHDA的神經(jīng)保護(hù)作用部分是通過SDF-1的抗凋亡作用介導(dǎo)。

3.4MSCs免疫調(diào)節(jié)及抗炎作用機(jī)制 炎癥和小膠質(zhì)細(xì)胞增殖是PD發(fā)病機(jī)制之一，研究表明激活的小膠質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)在PD的早期且與DA的降解有關(guān)，且促炎性因子水平升高。而MSCs在免疫系統(tǒng)有雙重作用，既可抑制免疫又可激活免疫反應(yīng)，同種異體MSCs移植至大鼠PD模型引起細(xì)胞免疫應(yīng)答；另一方面，其可對免疫細(xì)胞產(chǎn)生廣泛的抑制作用。細(xì)胞間的相互接觸可促使具有不同免疫調(diào)節(jié)作用的因子釋放，包括白介素6、腫瘤壞死因子、前列腺素、肝細(xì)胞生長因子、巨噬細(xì)胞集落刺激因子、吲哚胺2、3加雙氧酶等［23］。通過合成IL-1受體拮抗劑，分泌抗TNF刺激基因/蛋白6，釋放PGE2發(fā)揮抗炎作用。

3.5轉(zhuǎn)分化與融合機(jī)制 大多數(shù)MSCs誘導(dǎo)方案利用不同的化學(xué)合成物、生長因子及信號分子，通過與小膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元或神經(jīng)干細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)，促進(jìn)MSCs分化為神經(jīng)元細(xì)胞。某些特定基因（如BDNF）過表達(dá)也可促進(jìn)MSCs的轉(zhuǎn)分化。然而關(guān)于移植MSCs后轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元的潛力有待進(jìn)一步評估。體內(nèi)研究MSCs分化神經(jīng)細(xì)胞的能力，經(jīng)過遷移分化，所觀察的源自MSCs分化的數(shù)量和膠質(zhì)細(xì)胞相當(dāng)少，不足以修復(fù)一個損傷的組織結(jié)構(gòu)［24］。也有研究表明MSCs能與宿主神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生少見細(xì)胞融合的作用［25］。故認(rèn)為轉(zhuǎn)分化或MSCs與宿主神經(jīng)元融合可能是誘導(dǎo)功能恢復(fù)的次要因素。

4　MSCs臨床應(yīng)用面臨的問題與展望

盡管MSCs越來越受到人們重視，但將其廣泛用于臨床PD患者的治療仍有許多問題亟待解決。（1）MSCs雖取材方便、來源廣、免疫原性弱等方面優(yōu)于神經(jīng)干細(xì)胞，可自體移植避免免疫排斥反應(yīng)，但是目前掌握的研究資料不多，尚無充分的證據(jù)表明其是更理想的種子細(xì)胞。且移植的MSCs存活時間較短，未來的策略旨在通過針對凋亡通路提高體內(nèi)MSCs存活能力及持續(xù)分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子水平。（2）MSCs是細(xì)胞靶向治療PD的最佳載體。MSCs能透過血腦屏障并傾向性遷移至損傷部位，基因修飾治療仍在研究中，應(yīng)選擇合適的移植方法并保證MSCs良好的遷移能力。（3）選擇合適的移植方案以保證臨床收益最大，需要考慮的因素包括移植細(xì)胞的保存方式、移植數(shù)量、靶點(diǎn)選擇、免疫抑制劑的應(yīng)用及其療效等，這些均有待于進(jìn)一步研究。

此外，精確的生物安全性和有效性的研究是焦點(diǎn)。在考慮利用基因方法改造的MSCs時存在生物安全問題，攜帶神經(jīng)營養(yǎng)因子或其他因子的基因載體隨機(jī)整合冒有插入整合的風(fēng)險。然而非病毒載體及目標(biāo)基因傳遞的快速發(fā)展能解決這個安全問題。另一方面治療時間窗對于神經(jīng)退行性病變的患者是非常重要的，在今后研究中需要確定。總之，移植MSCs或經(jīng)基因修飾的MSCs對PD治療有較大幫助，但其作用機(jī)制仍需更深入研究。

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