人源神经干细胞移植治疗脑功能损害疾病

55 ●专家论坛 ●《中国医学前沿杂志（电子版）》2012年第4卷第10期 人源神经干细胞移植治疗脑功能损害疾病 田增民，任文庆（海军总医院　神经外科，100048　北京） 基金项目：国家863课题（2007AA04Z246） 通讯作者：田增民　Email：tianzengmin@vip.sina.com 【摘要】　脑功能损害性疾病包括神经退行性疾病和外伤性疾病，均能导致不同程度的神经功能障 碍。神经退行性疾病的传统治疗不能阻止病情进展，远期疗效往往欠佳，因此，人们提出了干细胞治 疗。随着神经干细胞研究的深入，神经干细胞的特性和功能逐渐被认识。很多文献报道神经干细胞移 植能够改善这些疾病的神经功能障碍。所以，神经干细胞移植可能成为治疗此类神经系统疾病的新 方法。 【关键词】　神经干细胞；生物学特征；移植途径；治疗 Human neural stem cell transplantation for recovery from neurological dysfunctions caused by cerebral disease 【Abstract】 Brain dysfunction diseases, including neurodegenerative diseases and traumatic disease, can lead to varying degrees of neurological dysfunction. The traditional treatment of neurodegenerative diseases can not stop the progress of them and it’s long-term effect is often poor. Therefore has stem cell treatment been suggested. With additional studies of the neural stem cell, the characteristics and abilities of neural stem cells have been gradually recognized. Many articles have reported that neural stem cell transplantation can improve these diseases’ neurological dysfunction. Therefore, the neural stem cell transplantation may become a new therapy for such neurological diseases. 【Key words】 Neural stem cells; Biological feature; Transplantation method; Therapy 脑功能损害性疾病包括神经退行性疾病和 外伤性疾病。神经退行性疾病（帕金森病、小脑 共济失调、扭转痉挛、亨廷顿病、阿尔茨海默病 等）导致不同程度的神经功能障碍，传统治疗效 果往往欠佳，不能阻止病情进展。研究发现神经 干细胞（neural stem cells，NSCs）移植可弥补传 统治疗上的不足，能够从生理结构上修复神经损 伤和退行性变，从而减缓病情进展、改善神经功 能。随着动物实验和临床试验研究的深入，NSCs 移植可能成为此类神经系统疾病的新疗法。下面 就NSCs的来源、功能、移植途径及临床应用方面 研究做一概述。 1　NSCs的来源、功能及移植途径 1.1　NSCs来源　NSCs是广泛存在于人类中枢神经 系统的具有自我更新和分化潜能的细胞群。目前 实验研究及初步临床应用的NSCs常见来源如下： ①胚胎神经干细胞：来源于囊胚期内细胞群，因 具有致瘤性、成活率低，现在已很少应用；②成 体神经干细胞：来源于胎脑或成人大脑。胎儿神 经组织中NSCs含量高，加之从成人大脑中获取干 细胞风险性高，这使得胎脑成为NSCs的主要来源[1]； ③间充质神经干细胞：从骨髓、外周血、肌肉组 织、脐带血及羊水中均可得到[2]，并可分化为神经 元，进而改善神经系统的功能[3]。 1.2　NSCs特性和功能　新近研究表明，NSCs具有 独特的生物学特征：①自我复制更新和多向分化 56 ●专家论坛 ● 《中国医学前沿杂志（电子版）》2012年第4卷第10期 潜能：NSCs是具有增殖和分化潜能的原始神经细 胞，其分化受内在基因调控[4]，并受所处环境（包 括细胞因子、缺血、炎症、损伤等微环境）的影 响[5]；②向周围组织迁移：移植后，干细胞能向病 灶移动并产生新的神经细胞；③趋化性：NSCs根 据所到达位置而分化为特异性的神经组织细胞； ④低免疫原性：在移植区，NSCs免疫排斥反应较 轻，利于存活[6]。NSCs的上述特性使其成为治疗 中枢神经系统疾病较理想的移植材料 [7]。已经有 研究证实，NSCs移植能使受损害的大脑神经系统 功能得到改善[8]。由此推测，NSCs的主要功能如 下：①替代作用：NSCs可向病变组织渗透融合， 替代损伤细胞，重建神经环路，恢复神经功能； ②对受损神经元的营养及保护作用：NSCs分泌神 经营养因子可增强神经系统的修复机能，从而改 善神经系统功能[9]；③促进内源性NSCs的发生： NSCs移植后，PD模型小鼠的黑质区NSCs数量、 新生成的多巴胺神经元均明显增加[10]。 1.3　移植途径　NSCs移植途径主要包括：局部注 射移植（立体定向脑内靶区注射、脊髓局部注射 移植）、经脑脊液注射移植（腰椎穿刺蛛网膜下 腔注射、脑室穿刺注射、枕大池穿刺移植）、经 血液循环注射移植（静脉及动脉内注射移植）。 立体定向脑内靶区注射是治疗脑功能障碍疾病的 重要方式：①定位准确，可将干细胞集中置入缺 损的神经功能核团，作用直接，神经功能恢复较 快；②手术创伤小，血脑屏障完整性能得到较好 的保护，从而减少非特异性排斥反应发生；③手 术时间短，患者容易耐受，缩短了移植细胞在体 外停留时间，有利于提高细胞存活率；④通常局 麻下即可实施手术，术后容易观察治疗反应。 2　NSCs的临床应用 近年来，动物实验和临床初步治疗均证实， NSCs移植可改善神经系统受损的功能。 2.1　NSCs治疗帕金森病（Parkinson disease， PD）　PD是中老年常见的神经系统退行性疾病。 疾病过程中，特定部位的神经细胞不断破坏，不 能产生足够的神经递质多巴胺，从而导致运动障 碍。病理学主要变化是黑质多巴胺神经元变性和 消失，临床主要表现为运动功能失调，如静止性 震颤、肌强直、运动迟缓及姿势步态异常等。 目前，PD的治疗方法主要有药物治疗和外科 治疗。药物治疗的耐药性及各种不良反应影响其 临床的长期应用[11]。外科治疗包括苍白球和丘脑 毁损、脑深部电刺激，也有一定局限性，如并发 症多、适应证少、远期效果不确切且费用昂贵等[12]。 无论常规药物治疗还是手术治疗均不能阻止病情 进展，只是对症治疗。 从理论而言，NSCs治疗有助于恢复纹状体多 巴胺能细胞数量和相应神经介质水平，修复多巴 胺的神经环路。同时，部分干细胞可能分化为产 生神经营养因子的支持性胶质细胞，阻止神经元 退化，恢复大脑的修复机制，可从而抑制病情进 展。 动物实验和临床观察结果表明，NSCs移植可 以缓解PD症状。Redmond等[13]将人胚胎神经干细 胞植入PD患者的一侧纹状体后，这些神经元能够 存活，并明显提高了患者脑内的多巴胺水平，患 者的临床症状得到了缓解。在国内，田增民等[14] 报道了50例接受NSCs移植的PD患者，均采取立体 定向技术将胎脑来源的NSCs植入患者纹状体，手 术后随访8～30个月，有效率为92%，大部分患者 的药物依赖性减小，未见明显的免疫排斥反应。 2.2　NSCs治疗小脑共济失调　小脑共济失调是指 肌肉活动的不协调，包括躯干、肢体、构音、眼 球等各种活动。小脑共济失调的病因及发病机制 尚不完全清楚。临床共济失调症状可能与小脑受 损、导致浦肯野细胞精确计时功能损害有关。本 病主要病理改变表现为小脑浦肯野细胞减少、颗 粒层变薄、齿状核神经元丧失。 小脑共济失调的治疗现以药物治疗为主，辅 以高压氧、康复锻炼等方法；多数患者症状不能 有效缓解，且病情持续进展。人们曾尝试增加小 脑血供和减轻后颅窝张力的手术治疗该病，部分 患者临床症状可有一定好转，但手术创伤较大、 并发症多、远期疗效不确切。 考虑到本病病理改变以及NSCs的神经修复功 能，人们开始试用NSCs治疗该病。陈涛等[15]用超 57 ●专家论坛 ●《中国医学前沿杂志（电子版）》2012年第4卷第10期 顺磁性氧化铁（SPIO）标记胎鼠NSCs，将其注 入小脑萎缩模型大鼠的小脑齿状核；结果表明， MRI可显示SPIO标记的NSCs在脑内的分布和存活 情况，移植的NSCs向周围组织迁移，大鼠的共济 运动功能得到改善。田增民等[16]对21例小脑萎缩 患者进行立体定向NSCs靶区移植，有效率从术后 3个月61.9%逐渐上升至术后12～28个月90.4%。 一般认为，单纯小脑萎缩疗效较好，伴有脑干萎 缩、遗传型病症者疗效差。 2.3　NSCs治疗扭转痉挛（torsion spasm）　扭 转痉挛又称变形性肌张力障碍，因激动肌和拮 抗肌的同步收缩而导致肢体不自主、持续而重复 的姿势和扭转运动。扭转痉挛分为原发性和继发 性，前者与基因突变有关，突变基因对发病有着 至关重要的作用[17,18]。本病病理表现为基底节之 尾状核及壳核的小神经细胞变性、苍白球退行性 变、小脑齿状核细胞消失等。一般认为扭转痉挛 的发病和基底节神经通路异常有关。 扭转痉挛治疗常试用抗震颤麻痹药物，但长 时间服用后会产生很多不良反应及耐药性，且疗 效多不肯定。立体定向神经核团毁损手术可部分 减轻肌张力，但是长期疗效不确切，容易复发。 脑深部微电极刺激对部分患者效果明显，但是该 方法并发症多，费用昂贵，不易于推广。另外这 两种治疗均不能抑制病情进展。基于此病病理基 础及发病机制，NSCs移植可通过补充正常的神 经细胞、抑制或修复进行中的神经系统损伤、替 代已死亡或受损的神经细胞、修复异常的神经通 路，从而改善患者临床症状。这一想法的实施首 先是从PD治疗开始的[13]；对于NSCs治疗扭转痉挛 很有借鉴意义。海军总医院对接受NSCs移植治疗 的20例扭转痉挛患者进行术后5年随访，75%患者 临床症状得到明显缓解。 2.4　NSCs治疗亨廷顿病（Huntington disease， HD）　HD是一种常染色体显性遗传的神经退行性 疾病，为Huntington基因突变所致。突变编码的 亨廷顿蛋白在大脑中聚集，干扰神经细胞的转录 功能，导致脑源性神经营养因子减少、细胞凋亡 加快。主要病理改变是以皮层和新纹状体发生特 征性细胞死亡，即纹状体细胞丢失及星形细胞增 多，严重时可累及苍白球、皮质、海马、丘脑及 小脑等区域。临床表现为慢性进行性不自主的肢 体舞蹈样运动，伴精神障碍及智能减退。 确诊病例可用药物进行对症治疗，但不能缓 解疾病的进展。基于HD发病机制及病理表现， NSCs可作为基因载体或者直接替代受损的脑细 胞，分泌神经营养因子，激活体内休眠期NSCs， 从而减缓疾病进展，可能会改变该病预后。近来 有研究者将NSCs植入HD模型大鼠脑内，结果显示 受损的运动习性重新恢复，表明植入的细胞在体 内形成了功能性连接[19]。在临床治疗上，尚未见 到相关NSCs移植的病例报道。 2.5　NSCs治疗阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）　AD又名老年性痴呆，是以进行 性认知功能障碍和记忆损害为特征的原发性中枢 神经系统退行性疾病。少数病例为家族性，相关 基因包括染色体显性基因、ApoE基因的ε4等。另 外，铝或硅等神经毒素在脑内的蓄积、免疫系统 衰竭、病毒感染、血压异常、脑外伤等均能影响 发病[20]。AD的病理改变以大脑普遍萎缩、神经元 和神经突触丢失、神经斑块（老年斑）沉积和含 有tau蛋白的神经纤维缠结（NFTs）为特征。 目前，AD以药物治疗为主，均为临时缓解症 状。中医药通过辨证论治对缓解患者症状具有一 定作用[21]。西药治疗以乙酰胆碱酯酶（AchE）抑 制剂为主，辅以抗精神病药物。由于AD病因较复 杂，未来的治疗应向多水平方向（包括基因、蛋 白、细胞、器官、整个有机体、环境等）发展会 更有意义[22]。已经有动物实验证明NSCs移植治疗 AD的可行性，在老年性痴呆模型大鼠体内植入扩 增的NSCs，4周后动物认知功能明显改善[23]；这 可能与NSCs通过自我更新和增殖、分泌神经营养 因子进行修复AD的神经系统损害有关。AD发病 的一个重要原因是神经元丢失，从这个角度看， NSCs移植不失为一种治疗AD有希望的方法。 此外，其他一些神经退行性疾病，如进行性 肌萎缩症、多发性硬化等，普通药物治疗难以奏 效，而NSCs移植治疗后，部分患者临床症状得到 58 ●专家论坛 ● 《中国医学前沿杂志（电子版）》2012年第4卷第10期 不同程度的改善。 3　前景和挑战 随着基础和临床研究的深入，NSCs移植为常 规用药和传统手术治疗疗效不佳的神经系统退行 性疾病带来了新的希望。除上述神经退行性疾病 外，诸如多发性硬化、肝豆状核变性等病症也可 望列入NSCs移植治疗的探索领域。 当然，NSCs应用于临床治疗还有许多问题亟 待解决。首先，NSCs治疗的安全性（主要是致瘤 性），很多研究从不同角度分析了干细胞移植发 生肿瘤的可能性，证实其安全性还需要更长时间 的观察[24-26]。其次，影响NSCs移植效果的许多因 素还需逐一确定，如NSCs的定向分化、NSCs与宿 主的整合程度、在体内的存活时间、移植时机及 移植细胞量等。相信不远的将来，这些研究取得 突破性进展后，NSCs移植治疗将会有十分广阔的 前景。 参考文献 [1] Terskikh A, Bryant PJ, Schwartz PH. 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