神經(jīng)干細(xì)胞在神經(jīng)退行性疾病中應(yīng)用的困難及前景

摘要：研究顯示，神經(jīng)退行性疾病主要特征均為大腦特定區(qū)域發(fā)生神經(jīng)元丟失，且具有進(jìn)行性特征，因此有學(xué)者提出可通過(guò)植入外源性神經(jīng)干細(xì)胞獲得顯著治療目的。由于大腦內(nèi)部神經(jīng)元結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，因此移植神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性病變?nèi)跃哂休^大困難。今后的工作方向應(yīng)以激活自身神經(jīng)干細(xì)胞給予內(nèi)源性治療為主，移植神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行外源性治療為輔，從而有效解決細(xì)胞來(lái)源不足及存活率低、存活時(shí)間短的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：神經(jīng)干細(xì)胞；神經(jīng)退行性疾病；難題；前景

近年來(lái)，隨著周圍環(huán)境及生活結(jié)構(gòu)改變等多因素共同作用，神經(jīng)退行性疾病發(fā)生率呈顯著上升趨勢(shì)，嚴(yán)重影響人類生活質(zhì)量及生命安全。本文將探討神經(jīng)干細(xì)胞在神經(jīng)退行性疾病臨床治療過(guò)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(jù)，現(xiàn)總結(jié)如下。

1概述

人體神經(jīng)系統(tǒng)由胚胎時(shí)期的神經(jīng)管起源并發(fā)育所得，主要組成物質(zhì)為膠質(zhì)細(xì)胞及神經(jīng)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(zhǎng)，機(jī)體中DNA損傷越加嚴(yán)重，蛋白質(zhì)變性、降解等速度加快，此外機(jī)體原發(fā)及繼發(fā)疾病增加，均可使大腦發(fā)生神經(jīng)退行性疾病。臨床常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病包括阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）、帕金森?。≒arkinson's disease，PD）等。

2退行性病變

成人腦中神經(jīng)干細(xì)胞分布在整個(gè)側(cè)腦室嘴尾側(cè)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(qū)（SVZ）、海馬等局部腦區(qū)均有神經(jīng)發(fā)生，且能夠通過(guò)人體正常鍛煉、飲食、營(yíng)養(yǎng)因子等因素對(duì)其分化及增值情況產(chǎn)生影響。但神經(jīng)干細(xì)胞僅限于此區(qū)域活動(dòng)，在其他區(qū)域并未發(fā)揮應(yīng)有作用。

Benraiss [1]等提出，機(jī)體血液、毛發(fā)、皮膚、小腸等具有較快的細(xì)胞更新組織，干細(xì)胞的穩(wěn)定性對(duì)上述組織穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用，但人腦海馬、嗅球（OB）等細(xì)胞增殖及自我更新能力較低的器官中，細(xì)胞更新?tīng)顟B(tài)并不像上述其他器官中作用重要，維持神經(jīng)元功能完整性在有絲分裂后期在細(xì)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(jīng)元功能完整性的主要因素在于穩(wěn)定的新陳代謝內(nèi)環(huán)境、蛋白質(zhì)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(zhì)及DNA氧化損傷、其他可見(jiàn)于正常人腦老化的相關(guān)改變均與機(jī)體發(fā)生功能減退密切相關(guān)，提示人腦中海馬、OB等區(qū)域中，神經(jīng)干細(xì)胞的分化及增值狀態(tài)是維持其正常功能的關(guān)鍵因素。

隨著年齡增長(zhǎng)，大腦將出現(xiàn)不同程度的功能減退，根據(jù)性質(zhì)不同可將其分為兩個(gè)階段，即初級(jí)階段及次級(jí)階段。初級(jí)階段是指大腦由于非疾病狀態(tài)的功能喪失，多見(jiàn)于紋狀體-額葉系統(tǒng)功能減退，5-羥色胺、多巴胺、去甲腎上腺素水平逐漸降低，導(dǎo)致額葉白質(zhì)纖維束完整性喪失，前額葉皮質(zhì)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(zhǎng)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?yōu)槊?0年喪失1%。有研究顯示，在大腦容量減少的同時(shí)，海馬區(qū)域中神經(jīng)元并未發(fā)生退變，其樹突可持續(xù)生長(zhǎng)至人體90歲甚至更久。

次級(jí)階段主要指由于AD、PD等與年齡相關(guān)疾病所致的功能喪失。研究表明，機(jī)體衰老可伴隨認(rèn)知功能減退，此現(xiàn)象與細(xì)胞變化有關(guān)，即由于機(jī)體中蛋白質(zhì)及DNA損傷加重、氧化應(yīng)激增加、線粒體功能減退、細(xì)胞新陳代謝受損、脂質(zhì)及蛋白質(zhì)副產(chǎn)品（脂褐素等）在腦中積聚等因素，為退行性病變的發(fā)生、發(fā)展提供有利條件，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

3神經(jīng)干細(xì)胞

神經(jīng)干細(xì)胞（ncural stem cells，NSCs）是指具有一定分化能力（分化為神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞），可進(jìn)行自我更行并對(duì)機(jī)體提供大量腦組織細(xì)胞的一類細(xì)胞總稱。神經(jīng)干細(xì)胞的主要特征 [2]：①來(lái)自神經(jīng)系統(tǒng)和（或）產(chǎn)生神經(jīng)組織；②多潛能分化產(chǎn)生其他細(xì)胞（不對(duì)稱分裂），且分化過(guò)程與局部微環(huán)境密切相關(guān)；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(jù)機(jī)體神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程沿發(fā)育方向遷移；⑤免疫原性較低。

以往研究表明，神經(jīng)干細(xì)胞主要在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)程中產(chǎn)生，但近年來(lái)隨著臨床醫(yī)學(xué)不斷發(fā)展，現(xiàn)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(qū)域及脊髓中分離獲得神經(jīng)干細(xì)胞。

4神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病

研究顯示 [3]，帕金森病、阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病主要特征均為大腦特定區(qū)域發(fā)生神經(jīng)元丟失，且具有進(jìn)行性特征，因此有學(xué)者提出可通過(guò)植入外源性神經(jīng)干細(xì)胞獲得顯著治療目的，并引起廣大醫(yī)務(wù)工作者高度重視。

3. 1治療原理神經(jīng)干細(xì)胞成功移植入人腦后，可在神經(jīng)中樞系統(tǒng)（ccntral nervous system，CNS）內(nèi)發(fā)生遷移并分化為神經(jīng)元，替代原有損傷神經(jīng)元，從而改善神經(jīng)退行性疾病患者的神經(jīng)功能。有研究顯示，移植后神經(jīng)干細(xì)胞還可分化成少突膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)損傷的神經(jīng)具有一定修復(fù)作用，如臨床用于治療多發(fā)性硬化癥等。

3. 2 治療特點(diǎn)①由于神經(jīng)干細(xì)胞具有遷移功能，因此在非病理狀態(tài)下于神經(jīng)中樞系統(tǒng)中發(fā)生積聚及遷移效率較低，在病理狀態(tài)下可根據(jù)病變部位神經(jīng)源性信號(hào)指引到達(dá)該部位并分化為特異性細(xì)胞；②神經(jīng)干細(xì)胞免疫原性較低，其直接于人腦神經(jīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生作用，有效避免血腦屏障干擾，因此進(jìn)行移植后僅發(fā)生較少的異體排斥反應(yīng)，存活率較高、風(fēng)險(xiǎn)性較低；③神經(jīng)干細(xì)胞無(wú)任何毒性，因此治療時(shí)未產(chǎn)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(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性病變途徑為外源性途徑，即植入基因工程細(xì)胞或直接替代機(jī)體中發(fā)生損傷組織從而達(dá)到治療目的，或植入以神經(jīng)干細(xì)胞為載體的神經(jīng)生長(zhǎng)因子，分泌促進(jìn)干細(xì)胞增殖與存活。

3. 3 治療難題研究表明 [4]，植入神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病的關(guān)鍵因素在于：①植入機(jī)體后能夠成功存活；②發(fā)揮遷移作用進(jìn)入需要產(chǎn)生替代細(xì)胞的病變區(qū)域；③可在機(jī)體中成功分化為所需細(xì)胞；④所需細(xì)胞分化成功后可與宿主組織連接并發(fā)揮功能。

但有研究顯示 [5]，由于大腦內(nèi)部神經(jīng)元結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，因此移植神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性病變?nèi)跃哂休^大困難：①病變過(guò)程改變大腦環(huán)境；②移植成功后對(duì)其最終分化表型無(wú)法調(diào)控；③神經(jīng)退行性病變患者大多為老年人群，大腦發(fā)生老化后將產(chǎn)生有害環(huán)境，從而影響治療效果。

3. 4治療前景目前對(duì)多數(shù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)行治療時(shí)需采用大分子物質(zhì)（腦原性生長(zhǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子），利用永生化細(xì)胞系作為基因載體，將上述大分子物質(zhì)植入機(jī)體神經(jīng)組織后，提高外源性基因在大腦內(nèi)的表達(dá)效果。研究表明，大分子物質(zhì)成功移植后，可對(duì)受損部位進(jìn)行定向遷移并成功對(duì)外源性基因進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)的生長(zhǎng)因子或細(xì)胞因子，誘導(dǎo)自身干細(xì)胞定向分化，從而達(dá)到細(xì)胞替代和基因治療的雙重作用。

上述方法即可稱為神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病的內(nèi)源性途徑，其特點(diǎn)為對(duì)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行有效激活，從而使其發(fā)生分化及增值，使機(jī)體中發(fā)生損傷的中樞神經(jīng)系統(tǒng)自我修復(fù)后達(dá)到治療目的。但有研究顯示 [6]，目前僅證實(shí)通過(guò)注入生長(zhǎng)因子、有效鍛煉及調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)激素水平可有效促進(jìn)神經(jīng)生成，仍無(wú)法證實(shí)成功生成的神經(jīng)存在于海馬的前側(cè)腦室，因此該方法僅適用于小規(guī)模細(xì)胞移植治療。

此外Olanow [7]等研究可知，接受神經(jīng)干細(xì)胞移植的PD患者，其死后尸檢表明神經(jīng)干細(xì)胞移植后曾經(jīng)存活，并與宿主組織形成突觸聯(lián)系，但其陽(yáng)性治療效果僅出現(xiàn)于年輕成人或高劑量移植患者。該研究指出，在神經(jīng)干細(xì)胞移植6個(gè)月后，患者神經(jīng)功能得到顯著改善，但當(dāng)對(duì)其停止環(huán)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(jìn)行神經(jīng)干細(xì)胞移植的患者無(wú)顯著功能改善發(fā)生，提示對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞移植治療的退行性病變患者應(yīng)連續(xù)給予免疫抑制，從而改善臨床效果。

有研究顯示，由于神經(jīng)干細(xì)胞具有高效的增殖能力，因此可探討利用其進(jìn)行體外培養(yǎng)，產(chǎn)生人體所需神經(jīng)組織并植入機(jī)體，但該方法尚處于試驗(yàn)階段，可行性有待今后工作中深入研究。

目前，有學(xué)者致力于使用胎兒干細(xì)胞進(jìn)行退行性病變治療，但該方法倫理問(wèn)題仍引發(fā)激烈討論，且胎兒干細(xì)胞來(lái)源不足，因此大多實(shí)驗(yàn)僅停留在理論階段。

4結(jié)論

目前，常用的神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性病變途徑包括外源性途徑及內(nèi)源性途徑，但無(wú)論何種途徑均未獲得臨床證實(shí)，今后的工作方向應(yīng)以激活自身神經(jīng)干細(xì)胞給予內(nèi)源性治療為主，移植神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行外源性治療為輔，從而有效解決神經(jīng)干細(xì)胞來(lái)源不足、存活率低、存活時(shí)間短等問(wèn)題 [8]。

參考文獻(xiàn)：

[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．

[3]潘鳳華， 李曉波， 余明艷， 等. 人胚神經(jīng)干細(xì)胞移植治療大鼠腦缺血的實(shí)驗(yàn)研究[J].臨床神經(jīng)病學(xué)雜志， 2013， 18(2):84-87.

[4]高華，王玉玲，楊新玲.脂肪來(lái)源的神經(jīng)干細(xì)胞移植治療帕金森病模型鼠[J].中華實(shí)驗(yàn)外科雜志， 2012， 29(3): 462-465.

[5]Fallon J.Reid S.Kinyamu R， et al. In vivo induction of massive proliferation， directed migration，and differentiation of neural cells in the adult mammalian brain[J]. Proc， Natl. Acad. Sci. U.S.A， 2013， 97(26): 14686-14691.

[6]鄔偉，楊景全，陳松芳.骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植對(duì)阿爾茨海默病大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響[J]. 溫州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)， 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