干細(xì)胞治療自閉癥研究進(jìn)展

常征,季瑞蓮,張杰,劉素靜,王麗華

(山東齊都藥業(yè)有限公司,山東 淄博 255400)

自閉癥(ASD)由于發(fā)病機(jī)制復(fù)雜及臨床表現(xiàn)的異質(zhì)性而備受基礎(chǔ)與臨床醫(yī)學(xué)研究的關(guān)注[1]，ASD發(fā)病因素的多樣性導(dǎo)致患者在臨床癥狀、智力水平、嚴(yán)重程度等方面差異較大[2]，使ASD成為一種與消化系統(tǒng)[3]、免疫系統(tǒng)[4]和代謝功能等多系統(tǒng)相關(guān)的神經(jīng)發(fā)育異常引起的疾病[5]。ASD涉及大腦發(fā)育及突出連接異常，并且其發(fā)病過(guò)程有多階段漸進(jìn)性的特點(diǎn)，幾乎包含出生前和出生后整個(gè)生命周期，ASD發(fā)病起始于第一胚胎期細(xì)胞增殖及分化異常，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞遷移，神經(jīng)元成熟改變，神經(jīng)突觸生長(zhǎng)不良，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能異常等一系列發(fā)育異常。

ASD在正常人群中的發(fā)病率大約為1%[6]，其癥狀大約在兒童12～18個(gè)月的時(shí)候就有表現(xiàn)，而患兒24～36個(gè)月以后才能確診，有個(gè)別患者甚至到成人才能被診斷為自閉癥，雖然自閉癥主要特征為極端孤僻，與人缺乏感情聯(lián)系，語(yǔ)言障礙，感知反應(yīng)異常和智能障礙等，但其相關(guān)癥狀對(duì)患者影響更大，如易怒、焦慮、攻擊、強(qiáng)迫、情緒不穩(wěn)定、胃腸道問(wèn)題、抑郁癥和睡眠障礙[7]。自閉癥嚴(yán)重影響患兒的日常行為，阻滯了正常發(fā)育，對(duì)患兒及其家庭帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。

1 自閉癥的治療現(xiàn)狀

目前ASD的治療手段有多種。包括社會(huì)技能訓(xùn)練、早期強(qiáng)化行為療法、應(yīng)用行為分析、言語(yǔ)療法、職業(yè)療法等常規(guī)療法和精神藥物[8]、經(jīng)顱磁刺激[9]和替代療法，如高壓氧療法[10]、音樂(lè)療法、認(rèn)知療法和社會(huì)行為療法[11]。激素療法在改善中樞性ASD癥狀方面也顯示出一些顯著效果[12]。維生素、草藥、精油和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑結(jié)合傳統(tǒng)療法[13]在改善ASD癥狀方面也有一定效果，需要更多的研究來(lái)驗(yàn)證起效果。越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為，持續(xù)改善ASD癥狀可能需要新的療法和干預(yù)措施。而在這些新療法中，基因療法和干細(xì)胞療法對(duì)治療ASD有很大的潛力[14]。

2 干細(xì)胞治療自閉癥的機(jī)制

干細(xì)胞至少可通過(guò)兩個(gè)關(guān)鍵作用機(jī)制干預(yù)ASD治療：首先，通過(guò)旁分泌效應(yīng)分泌細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子發(fā)揮組織損傷修復(fù)作用，負(fù)責(zé)損傷組織的修復(fù)/修復(fù))；其次通過(guò)免疫調(diào)節(jié)特性發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[15]，ASD通常表現(xiàn)為免疫系統(tǒng)異常和促炎細(xì)胞因子表達(dá)升高，CD3+、CD4+、CD8+T細(xì)胞以及自然殺傷(NK)細(xì)胞比例失衡[16]，單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞過(guò)量表達(dá)炎性白細(xì)胞介素1β等[17-19]。干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)能力可以調(diào)節(jié)ASD患者免疫失衡。干細(xì)胞可以通過(guò)抑制TNF-α和IFN-γ表達(dá)并且促進(jìn)抗炎癥因子IL-10表達(dá)，從而抑制CD8+和CD4+T淋巴細(xì)胞以及NK細(xì)胞的過(guò)度活化和增殖[20]。進(jìn)一步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自閉癥動(dòng)物模型移植干細(xì)胞后，干細(xì)胞可以通過(guò)分泌性因子或者細(xì)胞與細(xì)胞直接接觸的方式，調(diào)節(jié)動(dòng)物模型體內(nèi)微環(huán)境，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能[21]。

3 干細(xì)胞治療自閉癥的細(xì)胞種類

干細(xì)胞是一類具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的細(xì)胞。目前研究發(fā)現(xiàn)，多種類型的干細(xì)胞對(duì)自閉癥具有治療效果(見(jiàn)表1)，其中臍血造血干細(xì)胞和臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)和改善腦內(nèi)微循環(huán)的功能。

表1 不同細(xì)胞類型干細(xì)胞治療自閉癥的作用機(jī)制

3.1 胎兒來(lái)源干細(xì)胞 胎兒來(lái)源的干細(xì)胞能夠分泌多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和免疫調(diào)節(jié)因子，具有促進(jìn)神經(jīng)元生長(zhǎng)并抑制促炎細(xì)胞因子分泌的作用，使其成為治療ASD和多種神經(jīng)退行性疾病的潛在候選藥物。目前已有很多關(guān)于胎兒來(lái)源干細(xì)胞成功應(yīng)用于神經(jīng)退行性疾病的報(bào)道。胎兒神經(jīng)干細(xì)胞移植到大鼠顳葉癲癇和缺血模型中時(shí)，他們可以分化成神經(jīng)元[22]。胎兒來(lái)源的多巴胺神經(jīng)元細(xì)胞也被應(yīng)用于帕金森患者[23]。也有臨床試驗(yàn)證實(shí)胎兒來(lái)源干細(xì)胞應(yīng)用自閉癥兒童的安全性和有效性，試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)不良事件，且在改善自閉癥癥狀方面有顯著差異[24]。

3.2 骨髓來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞 MSC在幾乎所有的成體組織中都有發(fā)現(xiàn)，其特征在于體外呈成纖維樣貼壁生長(zhǎng)，細(xì)胞表面表達(dá)CD105、CD90、CD73和CD29，不表達(dá)CD34、CD45和HLA-DR，體外可以分化為成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞[25]。并且可以分泌多種細(xì)胞因子和免疫調(diào)節(jié)因子，使其在細(xì)胞治療中具有廣闊的應(yīng)用前景[26]。目前已發(fā)現(xiàn)MSC可能通過(guò)多種機(jī)制干預(yù)自閉癥發(fā)病過(guò)程，如多向分化、抗凋亡及抑制炎癥因子分泌等[27]。其中旁分泌作用及免疫調(diào)劑特性使其成為治療自閉癥的潛在候選，體外培養(yǎng)MSC可以通過(guò)分泌VEGF、HGF、BDNF、NGF等神經(jīng)保護(hù)因子發(fā)揮作用，也可以通過(guò)免疫調(diào)節(jié)作用抑制炎癥因子的分泌[28]。

3.3 脂肪來(lái)源干細(xì)胞 干細(xì)胞也可以以微創(chuàng)的方式從體內(nèi)不同的脂肪組織中分離出來(lái)，稱為脂肪源來(lái)源干細(xì)胞(ASCs)。與MSCS類似，ASC體外呈成纖維樣貼壁生長(zhǎng)，表達(dá)CD90、CD105、CD73、CD44和CD29，不表達(dá)CD45和CD34，能夠分化為成骨細(xì)胞，成軟骨細(xì)胞及脂肪細(xì)胞[29]。ASC同樣可以分泌多種細(xì)胞因子，并具有低免疫原性和免疫調(diào)節(jié)功能。ASC已被用于多項(xiàng)臨床試驗(yàn)，主要針對(duì)免疫紊亂、心肌梗死、骨缺損和神經(jīng)退行性疾病等多種適應(yīng)證。盡管目前還沒(méi)有關(guān)于使用ASC治療ASD的報(bào)道，但在其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型，如小鼠腦梗模型中，ASC已被證明可以通過(guò)促進(jìn)新的神經(jīng)元形成及促進(jìn)血管新生，發(fā)揮損傷修復(fù)的作用[30]。

3.4 臍帶/胎盤(pán)來(lái)源干細(xì)胞 臍帶和胎盤(pán)也是干細(xì)胞的理想來(lái)源。這些干細(xì)胞與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞表型及功能相似，具有較強(qiáng)的體外增殖能力、低免疫原性和免疫調(diào)節(jié)性，且不存在倫理爭(zhēng)議和畸胎瘤形成的風(fēng)險(xiǎn)，新生兒出生后存儲(chǔ)干細(xì)胞后可用于自體移植[31]。

3.5 神經(jīng)干細(xì)胞 神經(jīng)干細(xì)胞存在于胎兒和成人大腦中，具有體外增殖能力和并可分化為神經(jīng)元、星形細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞[32]。神經(jīng)干細(xì)胞可以遷移到神經(jīng)組織分泌多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，是治療ASD的理想細(xì)胞。目前研究表明NSC可以通過(guò)神經(jīng)保護(hù)的作用提高腦組織損傷修復(fù)[33]。

3.6 造血干細(xì)胞 造血干細(xì)胞主要存在于骨髓中，也存在于外周血和臍帶血中。特異性表達(dá)CD34、CD59、CD117、CD133、CD164等表面抗原[34]。具有自我更新、多向分化及歸巢能力，可以迅速遷移到炎癥部位并分化為髓系及淋系細(xì)胞分泌多種細(xì)胞因子，通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[35]，目前已有多項(xiàng)臨床試驗(yàn)通過(guò)CD34+造血干/祖細(xì)胞治療自閉癥。

4 干細(xì)胞治療自閉癥的臨床試驗(yàn)

目前已有多項(xiàng)臨床試驗(yàn)驗(yàn)證干細(xì)胞治療兒童自閉癥的安全性和有效性(見(jiàn)表2)。

表2 目前已開(kāi)展的干細(xì)胞治療自閉癥臨床試驗(yàn)

Sharma研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)通過(guò)抑制自體骨髓單個(gè)核細(xì)胞治療兒童自閉癥(中位年齡10.5歲，男女比例為3∶1)，骨髓單個(gè)核細(xì)胞從骨髓抽吸液中分離，用CD34+標(biāo)記計(jì)數(shù)并檢查其存活率。鞘內(nèi)注射細(xì)胞并監(jiān)測(cè)不良事件以確定干細(xì)胞移植的安全性。試驗(yàn)過(guò)程中部分患者出現(xiàn)輕微不良事件(嘔吐、惡心、注射側(cè)疼痛)，但這些事件與手術(shù)相關(guān)，而非細(xì)胞移植相關(guān)。在細(xì)胞移植后，印度自閉癥評(píng)估量表(ISAA)表明，在社交(改善眼神接觸、社交微笑和與他人接觸)、認(rèn)知(注意力、注意力集中和反應(yīng)時(shí)間)以及語(yǔ)言(減少回音語(yǔ)音，進(jìn)行刻板的重復(fù)使用語(yǔ)言，產(chǎn)生幼稚的尖叫或異常噪音，無(wú)法發(fā)起或維持與他人的對(duì)話等)方面的癥狀得到明顯改善[36]。最近，Sharma等[37]的另一項(xiàng)臨床試驗(yàn)通過(guò)移植骨髓單個(gè)核細(xì)胞治療成年男性自閉癥(25歲)，患者通過(guò)髓鞘內(nèi)注射的方式進(jìn)行自體骨髓基質(zhì)細(xì)胞移植，未發(fā)現(xiàn)重大不良事件。細(xì)胞移植6個(gè)月后，患者注意力、坐姿耐力、睡眠、眼神接觸、社交互動(dòng)和記憶力得到明顯改善。且治療后6個(gè)月后18F-FDG-PET掃描顯示腦低代謝區(qū)域有所改善。

Lv等[38]進(jìn)行了一項(xiàng)Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗(yàn)，以研究臍帶血單個(gè)核細(xì)胞和臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合移植治療兒童自閉癥的安全性和有效性。37名自閉癥兒童(只有一名女童)被隨機(jī)分為對(duì)照組(平均年齡5.6歲)和試驗(yàn)組。試驗(yàn)組進(jìn)一步分為臍帶血單個(gè)核移植組(平均年齡7.4歲)和聯(lián)合組(平均年齡6.2歲)。移植過(guò)程和整個(gè)隨訪期間均未記錄不良反應(yīng)。細(xì)胞移植后，嗜睡及社交(視覺(jué)、情感、智力反應(yīng)、身體使用、適應(yīng)變化、恐懼或緊張、非言語(yǔ)交流、多動(dòng)癥和不當(dāng)言語(yǔ))方面有顯著改善。在24周隨訪結(jié)束時(shí)，與對(duì)照組相比，聯(lián)合組的改善效果最好，可能臍血單個(gè)核細(xì)胞和臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合使用發(fā)揮了積極作用。

在另一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，共有45名孤獨(dú)癥兒童(39名男性，6名女性，平均年齡6.9歲)被納入試驗(yàn)評(píng)估胎兒干細(xì)胞對(duì)自閉癥患者安全性和有效性。干細(xì)胞從5～9周大的人類胎兒(每個(gè)移植過(guò)程一個(gè)供者樣本)中采集。干細(xì)胞從胎兒肝臟和大腦中提取并體外擴(kuò)增[39]。干細(xì)胞移植一年內(nèi)，接受干細(xì)胞治療的自閉癥兒童沒(méi)有因細(xì)胞治療而出現(xiàn)不良事件或副作用。干細(xì)胞移植后的早期效果是改善眼神接觸、食欲等。6個(gè)月和12個(gè)月隨訪時(shí)，自閉癥患者社交能力、認(rèn)知能力明顯改善，尤其是在最后一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。值得注意的是，細(xì)胞治療前后的免疫檢測(cè)結(jié)果表明，CD3+T淋巴細(xì)胞和CD4+T淋巴細(xì)胞的顯著增加，CD19+B淋巴細(xì)胞下降，表明胎兒干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)功能似乎是其治療兒童自閉癥的關(guān)鍵作用機(jī)制[40]。

5 展望

目前的臨床研究及臨床試驗(yàn)結(jié)果證明了干細(xì)胞療法在自閉癥治療中的潛在價(jià)值。但是，為了更好地闡明干細(xì)胞移植對(duì)自閉癥的治療作用，必須對(duì)干細(xì)胞的作用機(jī)制進(jìn)行深入研究，越來(lái)越多的研究表明干細(xì)胞可能不是通過(guò)“細(xì)胞置換”的機(jī)制直接替換體內(nèi)受損的神經(jīng)細(xì)胞，而是通過(guò)旁分泌的作用分泌多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和免疫調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫異常，并通過(guò)自身分化和分泌細(xì)胞因子及神經(jīng)肽，刺激新生血管發(fā)生，改善缺血缺氧狀態(tài)，激活和修復(fù)腦內(nèi)已經(jīng)受損的神經(jīng)細(xì)胞[41]。但是，雖然目前的臨床研究均表明干細(xì)胞治療自閉癥的安全性和有效性，但是到目前為止，僅進(jìn)行了5項(xiàng)臨床試驗(yàn)(見(jiàn)表2)，其中有幾個(gè)不同之處(研究設(shè)計(jì)、受試者登記、細(xì)胞類型、給藥途徑、結(jié)果測(cè)量)，需要進(jìn)行更全面、詳盡的研究和大規(guī)模的臨床試驗(yàn)，以最終確定干細(xì)胞對(duì)自閉癥的治療效果極其機(jī)制[42]。