康復(fù)時代：脊髓干細胞治療

李升偉/編譯

康復(fù)時代：脊髓干細胞治療

李升偉/編譯

神經(jīng)干細胞可以向外生長、擴張，有希望揭示修復(fù)脊髓內(nèi)損傷控制環(huán)路的方式

● 脊髓損傷的第一項干細胞治療已經(jīng)在臨床研究試驗之中了，但是科學(xué)和政治的不確定性仍然存在著。

2011年11月2日，天還沒有亮，凱蒂·莎麗菲（Katie Sharify）就坐上了她的轎車駛向5號州際公路。這位23歲的姑娘一直與父母一起居住在加州普萊森頓市，她就讀于南加州大學(xué)，這時正在休假。今天，她要到洛杉磯去見她的學(xué)術(shù)導(dǎo)師討論她的回歸問題。

在駕駛了大約一個小時之后，莎麗菲解開安全帶，手伸到副駕駛座那邊，將滾落在座位下的功能飲料拾起。她瞥了一下公路，突然發(fā)現(xiàn)車子已經(jīng)駛離公路。當(dāng)車輪碾在砂石上時，莎麗菲感到了一陣恐懼，她緊打方向盤,轎車立即傾斜駛出高速公路的另一側(cè)，沖進了一個小山包。“我記得每件發(fā)生的事情，直到安全防護氣囊罩在了我的臉上。”她說。猛烈的撞擊使她肋骨骨折、頭部損傷。事故還造成了莎麗菲脊髓壓迫傷，胸部以下癱瘓。

在她車禍后幾個星期，莎麗菲同意參加了一種使用胚胎干細胞治療的臨床試驗，成為了第一批受試者之一。干細胞可以分化成為神經(jīng)元和其他神經(jīng)系統(tǒng)細胞，因此有希望用于修復(fù)損傷的脊髓。但是，就在莎麗菲簽約后不久，公司退出了試驗，出于財政上的原因，這家位于加州門洛帕克市的制藥商杰隆公司停止了這項試驗的運作。作為最早參加的病人，莎麗菲仍然接受了兩百萬干細胞的注射，但她是最后五位曾經(jīng)登記的病人之一。“病人律師、病人和科學(xué)家們都感到巨大的失望。”斯坦福大學(xué)生物倫理學(xué)家克里斯托弗·斯科特（Christopher Scott）說。

對許多人來說，試驗的中止比失望更糟糕。每年，全世界估計有18萬人遭遇創(chuàng)傷性脊髓損傷。它是一種改變?nèi)艘簧膿p傷，醫(yī)生們對于它的治療幾乎沒有什么辦法。

但是，今天，這個領(lǐng)域似乎又重新走上了正軌。10月份，生物技術(shù)企業(yè)生物時代公司的子公司海星生物治療公司購買了杰隆公司干細胞部門的股權(quán)。該公司租用了杰隆公司曾在門洛帕克市租用的同一幢干細胞研究樓，雇用了許多老雇員，希望在來年啟動更多的試驗來檢測胚胎干細胞治療技術(shù)。與此同時，其他公司正在研究取自胎兒組織的干細胞的安全性。位于日本神戶的日本理化學(xué)研究所發(fā)育生物學(xué)中心的科學(xué)家們正在招募病人進行一項試驗，對誘導(dǎo)多能干細胞（iPS）用于治療一種稱為年齡相關(guān)性黃斑變性的眼病進行研究。這些iPS細胞原是成熟細胞，被誘導(dǎo)逆分化成胚胎樣狀態(tài)。

基思·坦西（Keith Tansey）是杰隆公司試驗最早登記兩位參加者的佐治亞州亞特蘭大市埃默里大學(xué)謝菲爾德中心的神經(jīng)病學(xué)家，他見到這個領(lǐng)域的進展尤其感到高興。但是，他和其他研究人員警告不能毫無忌憚的樂觀。脊髓損傷的治愈可能仍然是幾十年以后的事情，而美國聯(lián)邦政府對干細胞研究的支持也不是一種擔(dān)保。當(dāng)談及脊髓損傷時，坦西說：“我們只能對它保持合理的預(yù)期。”

神經(jīng)科護理中的干細胞

組成脊髓的數(shù)百萬個神經(jīng)細胞形成了纖維束，在大腦和人體其他部位之間傳遞電信號。一次突然的打擊會損害脊椎骨、挫傷脊髓，殺死神經(jīng)元和支持它們的膠質(zhì)細胞，破壞神經(jīng)之間的連接。一旦死亡細胞被免疫系統(tǒng)清除掉，會留下一個脊髓空洞。沒有信號可以通過這個空洞傳遞，圍繞它周圍形成的疤痕組織則會阻礙新神經(jīng)元的生長。炎癥也可以對脊髓造成進一步的損害。坦西說：“干細胞治療的最高希望是它可以確確實實地替代那些失去的神經(jīng)元。 ”

但是，也可能有其他的方法來修復(fù)脊髓。盡管一些神經(jīng)元在損傷后死亡，其他神經(jīng)元則可能只是受到了損傷。包繞在細長的神經(jīng)細胞外、有助于傳導(dǎo)電脈沖的保護層，也就是髓磷脂鞘會脫落。“這就像電線失去了絕緣層的情況一樣。”前任杰隆總經(jīng)理和現(xiàn)任海星生物治療公司總經(jīng)理托馬斯·奧伽馬（Thomas Okarma）說。沒有了髓磷脂，神經(jīng)脈沖傳遞得非常緩慢，或者根本不傳遞，神經(jīng)還可能短路。

胚胎干細胞最早于1998年分離成功，它擁有發(fā)育成熟為機體任何類型細胞的潛能。在這些細胞被注射入脊髓之前，科學(xué)家們必須誘導(dǎo)它們按照特定的路徑發(fā)育。杰隆公司提出，要將其胚胎干細胞形成定向發(fā)育為寡樹突細胞的前體細胞，這是一類形成髓磷脂的膠質(zhì)細胞。希望在于這些細胞將使存活下來的軸突再次絕緣，改善它們的功能。但是，杰隆的研究提示這些細胞可以做很多事情，不僅僅是形成髓磷脂。它們還可以促進新血管的形成，分泌稱為神經(jīng)營養(yǎng)因子的生長因子，幫助神經(jīng)細胞恢復(fù)健康。奧伽馬說：“注射這些細胞就如同同時注射數(shù)百種藥物，它可以達到一種新的治愈水平，遠遠超出外科手術(shù)和藥物治療曾經(jīng)做到的水平。”

但是胚胎干細胞治療并非沒有風(fēng)險。這些細胞可以形成一種良性腫瘤，稱為畸胎瘤，這是研究人員們在注射它們進入脊柱前迫使它們分化的原因之一。它們還分泌一些可能影響任何存活神經(jīng)元活性的因子。為了獲得其干細胞試驗批文，杰隆公司向美國FDA遞交了一份長達2.1萬頁的申請書，是FDA收到的最長申請書之一。

到目前為止，杰隆公司的治療還沒有導(dǎo)致任何與注射或細胞療法相關(guān)的不利反應(yīng)。奧伽馬計劃申請FDA的批準(zhǔn)進行一項新的試驗，使用更高劑量的干細胞治療頸部損傷病人。這些病人過去一般被排除在試驗之外，因為一種功能的喪失可以是危及生命的——頸部損傷可以使支持呼吸的肌肉癱瘓。但是，奧伽馬稱任何功能的獲得都更容易觀察和測量，他說：“我們正在嘗試提高成功的可能性。”

多潛能的解決方案

其他公司正在從捐贈的胚胎組織中建立神經(jīng)干細胞銀行。這些細胞可以自我更新，但是它們的潛能比胚胎干細胞有很多的局限性；它們只能形成神經(jīng)元、星形細胞和寡樹突細胞。一些研究人員認為這種局限性使這些胚胎細胞更安全。加州大學(xué)歐文分校研究干細胞的神經(jīng)生物學(xué)家艾琳·安德森（Aileen Anderson）說：“它們所具有的更嚴(yán)格局限性是很有必要的。”而且，它們已經(jīng)在其他疾病的臨床試驗中得到了檢測。

2011年，位于加州紐瓦克市的StemCells公司在瑞士蘇黎世開始了一項臨床試驗，檢測在胸椎損傷病人中使用神經(jīng)干細胞的安全性和效能。一些最嚴(yán)重損傷的病人已經(jīng)接受了治療，共注射兩千萬個干細胞。小鼠數(shù)據(jù)提示神經(jīng)干細胞分化形成了神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)，治療可以恢復(fù)一些功能。2013年2月，StemCells宣稱在治療一年之后，三例病人中有兩例顯示了功能改善。例如，一例病人從損傷部位以下沒有什么感覺和運動功能，改善為擁有了一些運動功能。10月份，該公司獲得了FDA的批準(zhǔn)，可以在美國登記病人進行試驗。

馬里蘭州羅克維爾市的 Neuralstem公司于2013年1月收到了FDA的批準(zhǔn)，啟動了一期研究。將有8名胸椎損傷的參研病人接受6次注射，每次注射量為10萬或20萬脊髓干細胞。Neuralstem公司的細胞已經(jīng)在18名肌萎縮性側(cè)索硬化病人中進行了檢測，這是一種又名為盧伽雷病的運動神經(jīng)元疾病，還沒有嚴(yán)重副作用的報道。2013年5月發(fā)表的一份研究報告稱這些細胞進入了大鼠脊柱損傷蘇醒后形成的空洞內(nèi)生長并恢復(fù)了一些失去的功能，包括感覺應(yīng)答和運動。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的加州大學(xué)圣地亞哥分校的干細胞科學(xué)家馬丁·馬沙拉(Martin Marsala)說，當(dāng)這些動物運動時，“爪的運動受到了非常好的控制，”但是大鼠沒有被治愈，“事情不是十全十美的。”

什么時候注射細胞仍然是不確定的。在杰隆的試驗中，參加者在損傷后一周或兩周接受細胞注射。受到嚴(yán)重損傷的病人經(jīng)常是病得過重而無法對于參加臨床試驗做出決斷。損傷部位的條件還不是很理想。舊金山市加州再生醫(yī)學(xué)研究所的神經(jīng)科學(xué)家和技術(shù)官員馬尼·韋薩爾（Mani Vessal）說：“環(huán)境對于再生很不利，一時間出現(xiàn)了許多的炎癥因子。”

StemCells公司和Neuralstem公司正在等待更長的時間進行治療。安德森說：“或多或少地存在一種教條，為了見到功能效果，在最初兩星期內(nèi)必須做移植。”但是，安德森對嚙齒動物的研究提示它也有可能對慢性損傷有一種影響。StemCells公司登記的是損傷后3至12個月的病人。Neuralstem公司的試驗將登記那些損傷后一到兩年的個人。坦西說，在這個階段病人將更容易招募。缺點是他們可能也不對治療產(chǎn)生應(yīng)答。在損傷發(fā)生之后，軸突“開始退化，有些種類還完全萎縮掉。”韋薩爾說。

胚胎和胎源細胞系的一個缺點是它們的免疫原性。因為這些細胞來自不相關(guān)的供體，它們在遺傳學(xué)上并不與接受它們注射的病人匹配。所以病人需要在幾個月到一年間服用免疫抑制性藥物，“是為了讓病人度過初始的移植期并得到治愈。”安德森說。

干細胞使用須政治同意

圍繞胚胎干細胞使用的倫理和法律問題由來已久。在90年代晚期，胚胎干細胞使用的研究引起了強烈的政治爭論。結(jié)果，2001年，美國總統(tǒng)喬治·W·布什命令停止聯(lián)邦政府對新建立胚胎干細胞研究的資助。2009年，奧巴馬總統(tǒng)撤銷了布什的禁令，但是政治上的不確定性仍然持續(xù)，阻礙了研究的進行。正如馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯·伯曼生物倫理學(xué)研究所的生物倫理學(xué)家黛布拉·馬修斯 (Debra Mathews)所說：“曾經(jīng)有一段時間(2010年)，國立衛(wèi)生研究院的所有胚胎干細胞研究都停止了。每個人不得不放下他們手中的移液槍，把他們的細胞放在冰箱里，不去碰任何東西。”即使是現(xiàn)在，國會也沒有通過一條法律說胚胎干細胞研究是合法的，并且規(guī)則可以改變。“下一任總統(tǒng)會走進來說，‘現(xiàn)在這是不合法的。’”馬修斯說。

這個問題波及了美國以外的國家。日本厚生勞動省于2006年公布的指南禁止在臨床研究中使用胚胎干細胞。2010年，這種限制級別被提高，此時，許多日本研究人員已經(jīng)將他們的研究轉(zhuǎn)移到了誘導(dǎo)多能干細胞。

近期的一些活動表明制藥業(yè)界希望能夠保持誘導(dǎo)多能干細胞在臨床研究中的使用。例如，包括英國禮來公司、瑞士羅氏公司和英國牛津大學(xué)在內(nèi)的公私合伙行動——StemBANCC正在從500人中建立和特征化誘導(dǎo)多能干細胞用于藥物研究。

到目前為止，誘導(dǎo)多能干細胞還沒有受到持續(xù)拖慢胚胎干細胞和胎兒干細胞研究的負面注意。

誘導(dǎo)的選擇

誘導(dǎo)多能干細胞可以繞過免疫排斥問題，至少在理論上是這樣。可以從受傷病人體內(nèi)取出細胞，再編程使之變得多潛能，然后轉(zhuǎn)化成神經(jīng)干細胞。但是，在實踐中，過程變得更加麻煩。建立iPS細胞需要幾個月的時間。東京慶應(yīng)大學(xué)醫(yī)學(xué)院的干細胞研究者岡野英之已經(jīng)在研究iPS細胞修復(fù)脊髓損傷,他的未發(fā)表研究提示移植干細胞的最佳時機是損傷后兩到四個星期。但是據(jù)岡野稱，“在兩個、三個、四個星期內(nèi)，不可能準(zhǔn)備好誘導(dǎo)多能干細胞。”

在誘導(dǎo)多能干細胞解決一些問題的同時，它們有可能帶來另外一些問題。再編程細胞也可以形成畸胎瘤，一些報告認為它們甚至可以比胚胎干細胞更有腫瘤原性。但是，許多研究人員正在努力使它們更加安全。例如，岡野小組研究了不成熟神經(jīng)細胞對一種脊髓損傷靈長動物模型的影響，這些細胞來源于已知沒有形成腫瘤的人類誘導(dǎo)多能干細胞克隆；研究結(jié)果是出現(xiàn)了幾種類型的成熟神經(jīng)細胞，沒有出現(xiàn)腫瘤。7月份，日本厚生勞動省批準(zhǔn)了第一項應(yīng)用誘導(dǎo)多能干細胞的臨床試驗。該研究將評估干細胞對年齡相關(guān)性黃斑變性病人的安全性，岡野希望脊髓損傷病人臨床試驗的到來不會很遠。日本京都大學(xué)的山中伸彌目前正在建立臨床級的誘導(dǎo)多能干細胞，使岡野和其他研究人員可以在這樣的試驗中使用。使誘導(dǎo)多能干細胞對許多科學(xué)家產(chǎn)生吸引力的原因是它們的使用可以避免使用胚胎的政治問題（見“干細胞使用須政治同意”）。

科學(xué)家們還在研究從骨髓或其他組織收集的成熟干細胞的應(yīng)用潛能。這些細胞已經(jīng)被證明可以分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，但是它們似乎不能替代丟失的神經(jīng)元。一項近期研究發(fā)現(xiàn)頸椎損傷并接受他們自己的間充質(zhì)干細胞——分化形成骨骼和軟骨的祖先細胞——注射的十例病人中有三例表現(xiàn)出上肢更有力氣，比接受干細胞之前更少困難進行日常活動。

哪種細胞將工作得最好仍然是不清楚的。但是莎麗菲希望研究人員們將最終能夠回答這個問題。她說她向往著有朝一日打開電視時，可能當(dāng)她“老到頭發(fā)灰白”的時候，能夠看到研究人員終于發(fā)現(xiàn)了脊髓損傷的治愈方法。她說：“我相信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展終將發(fā)現(xiàn)一種治愈方法，正是這種信念支撐著我在治療的路上走下去。”

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：彥 隱]