損傷神經的再生修復

張國鋒 馬晉平/編譯

損傷神經的再生修復

張國鋒 馬晉平/編譯

克里斯托弗·波森在一次車禍中損傷了脖子。在向他的脊髓注射干細胞后，他的手能夠重新動起來了

● 干細胞療法有望恢復中風或脊髓損傷患者的運動功能，但是神經病學家在推行該療法時仍小心謹慎。

索尼婭·庫茨（Sonia Olea Coontz）在31歲的時候患腦溢血。兩年后，她的右半身仍處于部分癱瘓狀態。她幾乎不能活動她的手臂，發音模糊，并且要借助輪椅才能活動。2013年，庫茨參加了一項小型臨床試驗。醫生把干細胞注射到她腦溢血的部位周圍。次日起，她就能把他的手臂舉過頭頂并且能夠清晰地說話。現在，36歲的她不再需要輪椅了，而且她正懷著她的第一個孩子。

加州斯坦福大學醫學院的神經外科主任蓋瑞·斯坦伯格（Gary Steinberg）是庫茨的主治醫生，他說庫茨是見證干細胞療法奇跡的患者之一。傳統觀點認為庫茨的康復是不可能的：腦溢血所損傷的神經環路已經死亡了。大多數神經科學家認為，神經功能恢復的窗口只在神經受損后6個月內開啟。

干細胞療法在修復動物的腦和脊髓損傷中大有前途。但是，動物模型總是和人類表現不同。比如，大鼠的神經系統損傷比人類更容易治愈。臨床試驗的結果并不明確。小型臨床試驗中的有趣信號在較大的試驗中逐漸消逝了。還有許多的未知數：究竟哪種干細胞是有效的，它們是如何起作用的以及損傷多久之后應該使用它們。

這個領域才剛剛起步。我們對于干細胞以及脊髓損傷或中風后究竟發生了什么還所知甚少。然而，像庫茨那樣的成功案例說明，在損傷后正確的時間，往正確的患者身上使用正確類型的干細胞可以產生功能性改善。研究者正熱情地研究干細胞療法是否能幫助癱瘓的患者重獲一些言語和運動控制的能力。如果可以的話，那么到底發生了什么呢。

疤痕組織

神經病學家謀求神經功能的恢復，這需要挑戰人類中樞神經系統有限的恢復能力。加州大學圣地亞哥分校的神經病學家馬克·特薩奇(Mark Tuszynski)認為，大腦和脊髓的生物機理對神經再生似乎是不利的，這可能是因為神經的過度生長會導致在大腦與脊髓的精細的架構模式中出現錯誤的連接。中樞神經系統的局部化學信號壓制了神經生長。隨著時間推移，疤痕組織形成，這雖然阻止了損傷蔓延，也妨礙了細胞進入損傷部位再生。

洛杉磯南加州大學神經恢復中心的主管查爾斯·劉(Charles Yu Liu)說，生物組織的修復是很難的。干細胞似乎提供了一種變通方案。

脊髓損傷的大鼠體內，在植入的神經前體細胞（左）外部，軸突再生了（右）

到目前為止，神經再生治療只有少數如趣聞一樣的成功案例，這讓投資者和患者很失望。例如，神經外科醫生用胚胎神經元替換帕金森病患者的死亡或垂死的產生多巴胺的神經元。初期的療效是讓人興奮的，然而經過長期研究后，患者再次出現不自主運動（帕金森癥狀）。另外一種嘗試是利用來源于腫瘤的細胞治療中風患者，研究結果并不明確，而且研究者對于來源于腫瘤的干細胞也不放心。

近幾年，研究者們已經成功利用干細胞誘導分化出特定的細胞類型，比如神經支持細胞。神經病學家特薩奇已經展示了干細胞的潛力，至少在動物模型上。他的團隊將來自人類胚胎組織的干細胞植入到脊髓嚴重受損的大鼠體內。7周后，干細胞縮小了被切開的脊髓間隙，并且大鼠能夠再次行走了。這項研究中使用的干細胞是馬里蘭羅維克爾市的神經干細胞中心提供的。這個中心的團隊發現其他類型的干細胞也能夠發揮作用，包括從成熟組織中獲取的。有一次特薩奇使用了從一位健康的86歲志愿者的組織中獲取的神經干細胞，他在大鼠脊髓損傷模型上看到相似的結果。

馬薩諸塞州坎布里奇哈佛干細胞研究中心的何志剛認為，動物模型研究也表明，僅僅再生神經系統中的連接導線來橋接受損區域是不夠的，不管是什么動物模型，軸突并不總是生長到合適的位置。僅僅有了神經是不夠的，神經還必須成為功能回路的一部分。

越來越多證據表明，干細胞除了成為替代性的神經以外，還有其他功能。干細胞似乎還能生成一種支持環境，這種環境可能會促進神經的自然恢復過程或是防止損傷進一步惡化。很多種類的干細胞能夠分泌多種分子，這些分子能夠打開被抑制的神經生長之路。年初，特薩奇報告說，任何種類的脊髓干細胞，無論來源于成熟組織還是胚胎組織，無論來自人、大鼠還是小鼠，都能激發大鼠的原生神經再生，但是，他在大鼠身上取得的成功還沒能轉化為臨床試驗。特薩奇稱，仍需要更多的研究來認清哪種干細胞對哪種特定的神經損傷效果最好。

重塑恢復

對于中風或脊髓損傷的患者，物理治療是最有希望能夠讓患者在數周或數月內康復的選擇。大腦是可塑的，并能夠重新利用其他的環路或通路來彌補損傷并且恢復功能。等到炎癥消退，大腦也會隨之自我調節，患者就能夠開始重新恢復功能。但是機會之窗很短，大多數患者在受損6個月后就不會再恢復功能了。

斯坦伯格說道，神經恢復的時間線正是庫茨和該臨床試驗中其他長期中風患者的顯著恢復如此令人驚奇的原因，這改變了我們對神經恢復的認識。庫茨參加的臨床研究共有18名受試者，并且治療所用干細胞都是加州山景城SanBio公司生產的。這家公司的干細胞是從骨髓中獲取的間充質干細胞。這些細胞被一個DNA片段處理過，該DNA片段是在細胞內瞬間表達的，并且改變了細胞的蛋白表達模式。在動物實驗中，這些細胞促進了原生神經干細胞的遷移和生長，此外還有其他影響。

這項試驗兼顧安全性和有效性。它征募了一些缺血性中風患者。這種類型的中風是由一些凝塊切斷了部分大腦的供血，從而對人造成嚴重損害。參與試驗的這些患者都是在7～36個月前患的缺血性中風，都超出了中風后6個月的黃金恢復期。每位受試者都接受注射250萬、500萬或者1 000萬由SanBio公司生產的干細胞。斯坦伯格對這些患者進行了24個月的跟蹤觀察。觀察12個月后的中期研究報告說大多數的患者都顯示出功能改善。其中一些患者，比如庫茨，幾乎完全恢復。

然而，我們目前仍不清楚注射到大腦的干細胞到底發生了什么。在動物實驗中，SanBio公司的細胞并沒有轉化為神經元，而似乎是向大腦中的原生細胞發出支持性信號。事實上，前臨床研究顯示干細胞并不會融入大腦中，大多數干細胞在12個月后就死亡了。相反，這些干細胞似乎分泌生長因子，從而促進了新的神經元和血管生成，并培育神經元間的連接突觸。在大鼠實驗中，神經元之間的連接會從大腦的一側延伸至另一側，而且還會延伸入脊髓。這種狀態會一直持續，即使是在注射的干細胞不再工作之后。

斯坦伯格認為這些機制仍然不足以解釋庫茨一夜間的神奇恢復。他目前有幾個假設，包括注射干細胞的針頭也可能起了一些作用。他說，治療過了一周之后，我們看到她的運動前皮質出現一些神經異常，但這異常在一個月后消失了。神經微創的大小跟12個月內的恢復程度有很強的關聯。這跟電極被植入到帕金森病人大腦后所產生的效應很相似，盡管這種腦深層刺激療法僅能短時間內抑制震顫。中風患者注射干細胞后會恢復的比較持久，這說明注射的針頭以及干細胞可能都發揮了作用。

SanBio公司的研究是一項小型臨床試驗，并且沒有設立安慰劑對照組，他們正招募患者來參加一項規模更大的第二期試驗。他們將招募156名受試者，其中2/3的受試者將接受干細胞注射，其余的則接受假手術。即使是那些負責實施手術的外科醫生，包括斯坦伯格，都不知道具體哪位患者接受了哪種治療。這項研究的主要觀測指標是經治療6個月后受試者的“富爾-梅耶”運動評分是否提高。全部受試者將接受至少12個月的監測，并且接受步態及靈敏度變化的評估。與此同時，斯坦伯格還計劃研究中風的動物模型的神經微創，來確定它們在恢復中究竟起著什么作用。

小成功

一項正在進行的臨床試驗也極有前景。它評估的是逐漸增加的神經干細胞劑量對急性脊髓損傷的患者所產生的效果。加利福尼亞州費利蒙市的阿斯忒瑞亞生物治療公司誘導干細胞發展成為少突膠質細胞的祖細胞，這是一種在大腦和脊髓中保護神經軸突免受傷害的支持性細胞。

這項試驗測試了使用這些干細胞治療近期頸部或脊髓損傷的安全性和有效性。在9月份的國際脊髓協會會議上，研究團隊發布了接受兩次低劑量注射患者的中期結果報告。90天之后，4位接受1 000萬劑量的患者的運動功能改善了，然而1/5的患者沒有達到90天的觀察點。1年后，3位接受注射較低劑量200萬細胞的患者在運動技能上獲得了明顯提升。

這些細胞一開始是由一家名為Geron的生物科技公司開發的，后來這家公司退出了再生醫學領域。在Asterias公司之前，Geron公司已經在慢性下背損傷的患者身上做了干細胞的安全性試驗。結果沒有任何問題，因此美國食品與藥品監督管理局同意Geron公司在那些近期受傷的患者身上測試干細胞。阿斯忒瑞亞公司把當下的試驗集中于頸椎損傷，因為這些損傷距離大腦更近，因此神經只需要再生較短的距離就可能實現功能改善。頸髓嚴重損傷患者的典型表現是損傷部位以下全部癱瘓。阿斯忒瑞亞公司的目標是恢復這些患者的手臂和手掌的功能，這有可能極大地改善這些患者的自理能力和生活質量。

阿斯忒瑞亞公司似乎已在至少一位接受大劑量干細胞注射的患者身上實現了這一目標。21歲的克里斯托弗·波森（Kristopher Boesen）獲得了激動人心的恢復。2016年 3月份，波森的車在暴雨天打滑，撞上了一條電話線桿并損傷了他的脖子。大約一個月后，波森的損傷部位以下仍然癱瘓，他的神經恢復似乎到達了瓶頸。他的主治醫生與阿斯忒瑞亞公司臨床試驗的研究員查爾斯·劉一直有聯系。在波森病情穩定后，他就到洛杉磯參加這項臨床試驗。

4月份，查爾斯·劉往波森的脊髓中輸注了阿斯忒瑞亞公司的干細胞。兩天后，波森開始能夠活動他的手。到夏天，他能夠重新活動腳趾了。

劉對波森的反應很是興奮。他說：“波森原來是四肢癱瘓者，現在他可以寫字，可以用他的手提起重物，也可以打電話。我高興地想從鞋里跳出來，因為像這樣的能力提升極不尋常。”但是，劉告誡說，這仍只是一個小試驗，并且波森的反應也只是一個單例。除非在大型的安慰劑對照臨床試驗中表明干細胞療法有效，否則劉將一直保持謹慎。

一位外科醫生正在進行 Asterias公司的臨床研究，他正準備向患者的脊髓損傷部位輸注干細胞

這項研究目前正在征募另一群患者，人數為 5到8名，他們將接受輸注200萬干細胞的雙倍劑量。隨著試驗的進行，Asterias公司希望能夠找到關于干細胞療法潛在機制的線索。Asterias公司的科研主管簡·拉貝庫斯基（Jane Lebkowski）說，我們正在尋找受傷處在解剖學上的變化，有證據表明，獲得功能恢復的患者的損傷部位被神經軸突貫通了。臨床前研究認為干細胞可能向原生組織發送了激勵生長的化學信號。此外，作為支持性細胞，星形膠質細胞可能防止了神經元在急性脊髓損傷的余波中死亡。

事實上，并不是全部臨床研究都有這么好的結果。SanBio公司和Asterias公司的結果是無數否定或不明確的試驗中難得的積極信號。例如，在5月份，加州紐瓦克市StemCell公司終止了用于脊髓損傷治療的干細胞的第二期試驗，隨后立即宣布重組公司。該公司謝絕對本文置評。

希望不要過分炒作

像劉和斯坦伯格等研究者希望緩和公眾對于干細胞療法的熱情，他們不希望給絕望的患者一個虛假的希望。患有癱瘓性損傷或者神經變性病變的人很容易被無良的干細胞診所欺騙，那些診所的治療方法不但未經證實，而且還充滿風險。

即將上任的美國脊髓損傷協會主席、密西西比州杰克森市衛理公會康復中心的研究員基斯·坦西(Keith Tansey)說，“患者總對我說，‘來吧，巫醫，反正你不會讓我變得更糟了’。”不幸的是，事實并非如此。坦西補充說道，診所提供的干細胞治療不屬于臨床試驗，它會導致慢性疼痛，剝奪患者僅剩的功能，并且讓患者失去未來繼續參與研究的資格。他在臨床實踐中已經目睹過這些苦果。他說：“我治療過一個脊髓內長著兩個腫瘤的孩子，這兩個腫瘤來自兩個不同個體的干細胞。”

關于干細胞能否治愈人類中樞神經系統還有很多懸而未決的問題，它們是怎樣做到這一點的也尚不清楚。研究者也不知道用哪種干細胞最好。干細胞只要成長為支持性細胞并發送友善的生長信號就足夠了嗎？還是說干細胞轉化為替代用的神經元會更好？這個問題的答案依據疾病或損傷的部位及其性質而有所不同。坦西說道，如果干細胞是通過產生支持性因子來激勵生長和修復，那么我們就有可能識別出這些因子是什么，并將其直接用到患者身上。但是生物學家距離破解這一“雞尾酒的秘訣”還遠得很。

坦西承認目前還有問題未解決，并且這些問題似乎正在不斷增加。他說：“每次我們完成了一項實驗，實驗結果都讓我們意識到真相比我們想象中要復雜得多。”他認為解決這些問題的最好辦法是規范干細胞臨床研究。大鼠模型只能告訴我們這么多，而且人類的神經系統較之更為龐大，連接方式也不同。他認為，如果干細胞能夠幫助類似庫茨和波森那樣的患者恢復語言能力并且提升自理能力，同時還沒有副作用，那么干細胞治療還有繼續進行的意義，即便我們仍不清楚它全部的作用機制。

在這些小型的正面結果能夠在大型臨床對照試驗中重復出現之前，神經學家將會一直保持著他們的樂觀態度。坦西說：“我非常希望聽到有一個臨床試驗得出不止少數幾個的成功案例。”而劉則期待著不必控制興奮之情的那一天。也許過不了幾年，我們真的將有機會來歡呼雀躍。

[資料來源：Nature][責任編輯：朝 云]