干細胞療法治療神經系統疾病的臨床案例

先前已經使用胎兒組織對某些中樞神經系統 (CNS) 疾病（例如帕金森氏病）進行了基于細胞的療法。然而，收集大量細胞用于移植可能很困難。最近的研究表明，一些干細胞可以作為中樞神經系統退行性和受損區域的細胞療法的潛在來源。

此外，由于具有向腫瘤遷移的能力，干細胞可用作腦腫瘤的細胞遞送載體。胚胎干 (ES) 細胞、間充質干細胞 (MSC) 和誘導多能干細胞 (iPS) 是最具吸引力的干細胞。iPS細胞可以有效地分化為神經干細胞，并有可能克服與ES細胞相關的倫理問題。所以，使用iPS細胞的基于細胞的療法可以專門針對神經系統疾病開發。

在本文中，我們回顧了胚胎干細胞、間充質干細胞和誘導多能干細胞作為干細胞療法細胞來源的特征（表1），然后討論了干細胞治療神經系統疾病的臨床前數據和正在進行的臨床試驗；帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側索硬化癥、亨廷頓病、腦梗塞、脊髓損傷、腦損傷和腦腫瘤。

表1.干細胞的特征。

干細胞	特征
胚胎干細胞	優點 無限增殖 多能性 神經替代功能的能力 倫理問題（胚泡） 難以使用自體移植物 免疫排斥的風險（同種異體細胞移植） 畸胎瘤形成的風險
間充質干細胞	優點 很容易從成人組織中獲取（可以使用自體移植物。） 預防免疫排斥 畸胎瘤形成的風險低 有限的長期植入 分化能力有限 多次傳代后分化能力難以維持 弱神經替代功能
iPS細胞	優點 容易從成人組織中獲取（可以使用自體移植物） 無限增殖 多能性 神經替代功能的能力 畸胎瘤形成的風險（最近可以在沒有c-myc的情況下建立iPS細胞） 病毒載體的染色體插入（游離型載體可防止染色體插入） 免疫排斥的風險（同種異體細胞移植）

胚胎干細胞：ES細胞是源自囊胚未分化內細胞團的多能干細胞。分離內細胞團導致囊胚的破壞。它們可以分化成三個主要胚層的所有衍生物：外胚層、內胚層和中胚層。它具有高端粒酶活性，可以持續分裂。由于它們的可塑性和自我更新能力，ES細胞療法已被提議用于損傷或疾病后的再生醫學和組織替代。ES細胞的其他潛在用途包括遺傳疾病研究和毒理學測試。

間充質干細胞：MSC是典型的成體干細胞，具有自我更新和分化為各種組織（中胚層和非中胚層衍生組織）的能力。最近，MSC顯示可分化為毛細血管內細胞、心肌、骨骼肌、肝細胞、神經膠質細胞、胰島素產生細胞和上皮細胞。

MSCs可以從胎兒沃頓氏膠質、成人骨髓、滑膜、脂肪組織、胎盤、心臟和肝臟中獲取。從治療的角度來看，由于易于制備，MSC也是一種很有前途的中樞神經系統疾病治療工具。MSCs可由患者自行采集；因此，MSCs不會遭受免疫排斥和倫理問題。

與ES細胞相比，MSC本身不會形成畸胎瘤。然而，MSCs在與不同細胞功能相關的異質種群中增殖。

然而，使用MSCs進行的基于干細胞的治療還存在未解決的問題。馮巴爾等人。建議的MSCs移植后尸檢標本顯示有限的長期植入和無異位組織形成的MSCs。MSCs不能具有神經替代功能。MSCs 介導的功能恢復可能是由神經營養因子引起的。此外，MSCs不能有效分化為神經組織。因此，從ES細胞或iPS細胞分化而來的神經干細胞可能適用于治療神經系統疾病。

誘導多能干細胞：iPS細胞分別于2006年和2007年從小鼠和人體組織中建立。iPS 細胞可以使用逆轉錄病毒或慢病毒載體直接從成體細胞中產生，并通過將四種類型的基因（Oct3/4、c-myc、Sox2、Klf4）引入從小鼠和人類皮膚中采集的成纖維細胞來建立。

iPS細胞在中樞神經系統疾病領域具有廣闊前景。產生ES細胞涉及操縱植入前階段的胚胎。此外，很難創建與患者匹配的ES細胞系。由于iPS細胞可以直接來源于成人組織，因此它們可以由患者自己建立，這導致移植沒有免疫排斥的風險。

Morizane等人證明了自體移植與來自大腦iPS細胞的多巴胺產生細胞的同種異體移植相比的優勢。這項研究表明，與同種異體移植相比，自體移植在最大限度地減少大腦中小膠質細胞和T細胞的免疫反應方面具有優勢。

干細胞移植治療神經系統疾病：最近的研究

帕金森病

干細胞治療帕金森病的臨床前研究

帕金森病是一種由于大腦喪失而導致的長期退行性疾病。來自人類ES或iPS細胞的多巴胺能神經元被移植到大鼠和猴子帕金森病模型的紋狀體中。產生多巴胺的神經元存活率極佳，功能得到改善且沒有任何腫瘤形成，這表明帕金森氏病干細胞療法正在取得進展。

來自帕金森病患者皮膚成纖維細胞的iPS細胞衍生的多巴胺能神經元在帕金森病大鼠動物模型中證明了移植細胞的長期存活和功能效應。最近，這項研究首次將人類iPS細胞應用于帕金森病靈長類動物模型。證明了2年內未形成任何腫瘤的功能效果和安全性。

干細胞治療帕金森病的臨床研究

1987年首次實現了胎兒中腦組織同種異體移植物替代帕金森病患者多巴胺能神經元的臨床應用。然而，使用胎兒組織作為干細胞來源有倫理上的考慮。也很難獲得足夠的細胞體積用于移植。因此，ES細胞、MSCs和iPS細胞受到關注。

2015年使用同種異體骨髓來源的MSCs治療特發性帕金森病 (NCT02611167) 進行了I期臨床試驗。本研究的目的是評估靜脈注射同種異體骨髓間充質干細胞治療的安全性、可行性和有效性。

2017年，一項I/II期臨床試驗開始評估帕金森病患者立體定向紋狀體移植人胚胎干細胞衍生的神經前體細胞的安全性和有效性（NCT03119636）。

2018年，計劃使用人類iPS細胞來源的神經干細胞進行臨床試驗，以治療帕金森病患者（表2）。

表 2.正在進行和計劃進行的臨床試驗。

ID	階段	細胞	疾病	年齡	注冊	完成日期	劑量	干涉	患者調節
NCT03119636	一/二	ES細胞來源的NSCs	帕金森病	50-80	50	2020年 12月	不適用	立體定向植入紋狀體	Hoehn和Yahr Stage3或4處于關閉狀態超過5年的歷史多巴胺是有效還是一次沒有免疫抑制藥物
NCT02611167	Ⅰ	骨髓來源的間充質干細胞	帕金森病	45-70	20	2019年 11月	1,3,6,10× 106?/公斤	靜脈	在左旋多巴OFF狀態下修改的 Hoehn 和Yahr階段為3或更少PD的診斷時間為4至7年。在篩選前至少 90天接受穩定的帕金森病對癥治療沒有免疫抑制藥物
規劃	一/二	iPS細胞來源的細胞	帕金森病	不適用	不適用	不適用	不適用	不適用	不適用
NCT02833792	二	間充質干細胞	阿爾茨海默氏病	55-80	40	2018年6月	1.5×106?/公斤	靜脈	在入組前至少3個月被診斷患有輕度至中度癡呆癥12-24歲之間的迷你精神狀態檢查沒有免疫抑制藥物
NCT02600130	Ⅰ	骨髓來源的間充質干細胞	阿爾茨海默氏病	50-80	30	2019 年 10 月	2×107?, 1×108	靜脈	簡易精神狀態檢查得分在18到24之間使用乙酰膽堿酯酶抑制劑和/或美金剛治療至少4個月沒有免疫抑制藥物
NCT02054208	Ⅰ/Ⅱa	臍帶血來源的間充質干細胞	阿爾茨海默氏病	50-85	45	2019年7月	1或3×107	奧瑪亞水庫	根據 NINCDS-ADRDA 標準診斷可能的阿爾茨海默類型沒有免疫抑制藥物
NCT03268603	二	脂肪來源的間充質干細胞	肌萎縮側索硬化癥	年滿18歲	60	2019年 12月	1×108	鞘內	持續時間少于兩年的進行性運動無力慢性發作史允許利魯唑天真的受試者沒有免疫抑制藥物
NCT02290886	一/二	脂肪來源的間充質干細胞	肌萎縮側索硬化癥	年滿18歲	40	2021 年 2 月	1,2或4×106/公斤	靜脈	疾病演變超過6個月且少于36個月獲得至少50克脂肪組織的可能性在納入前至少一個月用利魯唑治療沒有免疫抑制藥物
NCT03186456	Ⅰ	臍帶血來源的間充質干細胞	腦梗塞	40-75	40	2018年5月	0.5或1×106?/kg	靜脈	癥狀出現后2周內。接受阿司匹林腸溶片的基礎治療沒有免疫抑制藥物
NCT03176498	一/二	臍帶血來源的間充質干細胞	腦梗塞	20-75	40	2018年2月	不適用	靜脈	接受阿司匹林腸溶片和阿托伐他汀鈣的基礎治療沒有免疫抑制藥物
NCT02481440	一/二	臍帶血來源的間充質干細胞	脊髓損傷	18-65歲	44	2018 年 12 月	1×106/公斤	鞘內	美國脊髓損傷協會損傷量表AD受傷和入學之間的時間大于2周沒有免疫抑制藥物
NCT02574572	Ⅰ	骨髓來源的間充質干細胞	脊髓損傷	18-65歲	10	2020年6月	不適用	椎板切除術和移植	受傷至少12個月亞洲A級在頸椎水平，C5和C7之間沒有免疫抑制藥物
規劃	一/二	iPS細胞來源的細胞	脊髓損傷	不適用	不適用	不適用	不適用	不適用	脊髓損傷亞急性期患者與免疫抑制藥物
NCT02210624	Ⅰ	骨髓來源的間充質干細胞	腦損傷	18-75歲	4個	2018年 12月	1毫升/10公斤	鞘內	比格拉斯哥昏迷量表低7分事件發生后14天無氧腦損傷患者沒有免疫抑制藥物
規劃	一/二	骨髓來源的間充質干細胞	腦損傷	不適用	不適用	不適用	不適用	不適用	腦損傷慢性期患者
NCT01172964	Ⅰ	具有 CD 的永生化克隆人 NSC 系	腦腫瘤	13歲以上	15	竣工（2017年11月）	不適用	手術和移植	經組織學證實，診斷為III級或IV級神經膠質瘤放化療后復發或進展沒有免疫抑制藥物
NCT03252535	二	MSCs (Cellavita HD)	亨廷頓氏病	21-65歲	35	2020年4月	1或2×106/公斤	靜脈	UHDRS量表的運動評估得分為5分或更高沒有免疫抑制藥物

阿爾茨海默氏病

干細胞治療阿爾茨海默氏病的臨床前研究

阿爾茨海默病的特征是大腦中淀粉樣蛋白-β (Aβ) 斑塊和神經原纖維纏結的沉積，這會導致記憶功能障礙和神經變性。將人類ES細胞移植到基底前腦受損的小鼠海馬體后，源自人類ES細胞的內側神經節隆起樣祖細胞產生基底前腦膽堿能神經元 (BFCN)，其與內源性神經元突觸連接。此外，這些祖細胞產生了γ-氨基丁酸 (GABA) 神經元，從而改善了記憶力。

干細胞治療阿爾茨海默氏病的臨床研究

三項臨床試驗（2014年的I期、2015年的I/IIa期和2016年的II期）已針對阿爾茨海默病進行，以評估同種異體人類MSCs在腦室內或靜脈內對阿爾茨海默病癡呆癥患者的安全性和耐受性（ NCT02054208、NCT02600130 和 NCT02833792)（表2）。

肌萎縮側索硬化

干細胞治療肌萎縮側索硬化的臨床前研究

肌萎縮側索硬化癥是一種進行性神經退行性疾病，會影響大腦和脊髓中的神經元。肌萎縮側索硬化癥的特征是肌肉僵硬和肌肉抽搐，導致說話、吞咽和呼吸困難。將人ES細胞衍生的運動神經元后代移植到大鼠肌萎縮側索硬化模型中，導致植入、維持運動神經元和由膽堿乙酰轉移酶陽性纖維引起的軸突投射。在其他報告中，移植的人類ES細胞衍生的運動神經元也增強了肌萎縮側索硬化小鼠模型中宿主神經元的存活和運動功能。

干細胞治療肌萎縮側索硬化的臨床研究

2014年開展了一項多中心I/II期臨床試驗，以評估靜脈注射來自脂肪組織的自體MSCs治療肌萎縮側索硬化癥患者的安全性 (NCT02290886)。

2017年，開始使用鞘內自體脂肪來源的 MSCs 治療肌萎縮側索硬化癥的II期臨床試驗 (NCT03268603)。本研究的目的是確定在肌萎縮側索硬化癥患者中每3個月對MSCs的腦脊液進行鞘內注射治療的安全性和有效性，共注射4次超過12個月（表2）。

亨廷頓病

干細胞治療亨廷頓病的臨床前研究

亨廷頓舞蹈病是一種遺傳性疾病，會導致大腦中的神經細胞進行性破壞（退化）。從2000年代開始，基于干細胞的療法已嘗試用于亨廷頓病的動物模型。人類ES細胞衍生的紋狀體祖細胞在異種移植到成年大鼠體內后顯示分化為紋狀體神經元。

目前還沒有使用iPS細胞作為亨廷頓病干細胞療法來源的報道。iPS細胞被用作細胞疾病模型系統，以了解亨廷頓病的發病機制和神經變性機制。

干細胞治療亨廷頓病的臨床研究

從1990年代開始，針對亨廷頓病患者進行了使用人類胎兒紋狀體移植的細胞療法。移植的紋狀體細胞改善了亨廷頓病患者的行為體征。然而，這些效果存在爭議，因為一些患者無法從移植的紋狀體細胞中獲得優勢。基恩等人強調了第一次接受紋狀體內人類胎兒神經移植的患者移植物過度生長的可能性。他們提出，亨廷頓病患者體內的特定微環境可能與胎兒神經移植后畸胎瘤的形成有關。需要進一步調查。

CellavitaHD基于干細胞的療法是使用MSCs為亨廷頓氏病開發的。2017年一項II期臨床試驗旨在評估靜脈注射Cellavita HD產品對亨廷頓病患者的劑量反應評估 (NCT03252535)（表2）。

腦梗塞

干細胞治療腦梗塞的臨床前研究

腦梗塞是由于向大腦供血和供氧的動脈閉塞而導致大腦中的壞死組織占據。缺血性中風通常表現為快速發作的神經功能缺損。來自小鼠ES細胞的移植神經干細胞 (NSCs) 顯示移植并遷移到缺血區域，隨后表達神經元和神經膠質標記。移植到小鼠缺血腦中的靈長類動物ES細胞來源的神經元祖細胞也顯示出存活和分化，以及網絡形成。

來自人iPS細胞的星形膠質細胞樣和神經元樣細胞可以改善運動功能，減少梗塞面積，減少炎癥細胞因子，并在大鼠大腦中動脈閉塞模型中介導神經保護作用。赫曼托等人開發了用于從人類iPS細胞分化皮層神經元的無飼養層條件。這些iPS細胞在大鼠缺血模型中顯示出對缺血區域的極化反應性。

干細胞治療腦梗塞的臨床研究

之前已經使用自體MSC進行了一些臨床試驗。

2011年，一項開放性研究支持了在12名灰質、白質和混合病變的腦卒中患者中靜脈移植自體人MSC的可行性和安全性。移植后液體衰減反轉恢復 (FLAIR) 的高強度損傷顯著減少。12名患者中有11名的神經功能障礙得到顯著改善。這一結果似乎是由生長和營養因子引起的，例如BDNF和血管生成刺激因子，包括血管內皮生長因子和來自管理的MSCs的血管生成素-1。

2016年使用骨髓來源的間充質干細胞 (SB623) 進行了I/IIa期臨床試驗，表明沒有劑量限制性毒性或死亡。盡管歐洲卒中量表和美國國立衛生研究院卒中量表的值顯著下降，但未觀察到改良Rankin量表的值發生變化。

2017年進行的I期臨床試驗旨在確定靜脈注射人臍帶間充質干細胞 (NCT03186456) 治療急性缺血性中風患者的安全性和有效性。

2017年進行的另一項I/II期臨床試驗使用靜脈輸注的人臍帶間充質干細胞也針對腦梗死患者（NCT03176498）。一項III期臨床試驗使用自體MSCs進行，該MSCs從2013年開始在日本被靜脈輸注給患有亞急性動脈粥樣硬化性腦梗死的患者（表2）。

脊髓損傷

干細胞治療脊髓損傷的臨床前研究

脊髓損傷是導致脊髓功能暫時或永久改變的損傷。在大鼠脊髓損傷模型中，源自小鼠ES細胞的神經膠質生成神經干細胞可有效促進亞急性期的恢復。步態分析表明，移植大鼠表現出后肢重量支撐和部分后肢協調性。可分化為神經元細胞和神經膠質細胞的次級神經球（不是第一神經球）對脊髓損傷更有效。

將人ES細胞衍生的少突膠質細胞祖細胞移植到成年大鼠脊髓損傷模型中可增強髓鞘再生并促進運動功能改善。靜脈注射源自骨髓的大鼠MSCs改善了脊髓損傷的功能結果，包括改善了運動恢復。在脊髓損傷大鼠模型中靜脈輸注MSCs后，受傷區域出現廣泛的髓鞘再生，皮質脊髓束和5-羥色胺能纖維的萌芽增加。

干細胞治療脊髓損傷的臨床研究

Geron Corporation在患有亞急性完全性胸脊髓損傷的患者中進行了使用源自人ES細胞的少突膠質祖細胞的I期臨床試驗。已開展I/II期臨床試驗，評估自體人骨髓細胞移植和粒細胞巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）治療35例完全性脊髓損傷患者的安全性和療效。結果表明，骨髓細胞移植和GM-CSF給藥與任何增加發病率的嚴重不良臨床事件無關。

I期臨床試驗于2015年啟動，旨在分析椎板切除術后自體骨髓間充質干細胞移植治療頸椎慢性和完全性脊髓損傷患者的安全性和有效性（NCT02574572）。

此外，2015年一項旨在評估鞘內注射同種異體臍帶來源的MSCs對脊髓損傷患者的安全性和有效性的I/II期臨床試驗。

2018年，一項使用人iPS細胞來源的神經干細胞的臨床試驗細胞計劃用于治療日本的亞急性脊髓損傷患者（表2）。

腦損傷

干細胞治療腦損傷的臨床前研究

創傷性腦損傷通常是由外部機械力引起的。與對照組相比，小鼠 ES 細胞來源的神經干細胞移植到受傷的大鼠大腦中能夠實現功能恢復，并且在轉棒測試和復合神經評分測試中有顯著改善[ 92 ]。移植的 MSCs 通過細胞替換和營養因子的分泌進行內源性修復。在創傷性腦損傷的修復階段，間充質干細胞表現出在神經原生態位和損傷部位之間建立生物橋梁的能力。

干細胞治療腦損傷的臨床研究

2014年進行了一項試點試驗，以評估自體鞘內骨髓間充質干細胞治療腦損傷患者的安全性和有效性 (NCT02210624)。SanBio 公司為一名慢性中風患者設計了改良的骨髓來源的間充質干細胞 (SB623)。SB623 細胞被認為是安全的，具有改善的臨床結果。日本將進行一項使用SB623細胞治療慢性腦損傷患者的臨床試驗（表2）。

腦腫瘤

干細胞治療腦腫瘤的臨床前研究

膠質母細胞瘤是最具侵襲性的腦腫瘤。由于腦腫瘤干細胞（BTSCs）具有浸潤性生長、對輻射和抗腫瘤藥物有抵抗力的特點，常規標準療法（最大安全腫瘤切除術、輔助化療和放療）無法治愈。因此，必須對膠質瘤細胞和BTSC進行治療以改善腫瘤控制。

基因療法，例如基于細胞因子的療法、自殺基因療法和溶瘤病毒療法，是預期的治療方法。雖然一些使用病毒載體的基因療法作為臨床試驗進行，但它們無法取得理想的結果。病毒載體不足以覆蓋惡性膠質瘤的大侵襲區域。因此，干細胞可能是細胞因子、自殺基因或溶瘤病毒的細胞運載工具，以應對神經膠質瘤細胞。

中村等2004年首次使用大鼠MSCs作為大鼠惡性神經膠質瘤模型的細胞遞送載體，移植了感染了編碼人白細胞介素2 (IL-2) 的腺病毒載體的轉基因MSCs。MSC遷移到對側神經膠質瘤細胞，從而延長了存活期。

一些報告表明，使用人類神經干細胞作為細胞傳遞載體的HSVtk或CD 自殺基因治療可以顯著延長腦腫瘤小鼠模型的生存期。具有HSVtk或 CD的MSCs也顯示出對小鼠惡性神經膠質瘤模型的抗腫瘤作用。NSCs 和MSCs均能均勻遷移至對側腫瘤。先前已經報道了具有HSVtk的小鼠iPS細胞衍生的NSC，并顯示出與上述相同的結果。迄今為止，尚未見使用人iPS細胞來源的NSCs的研究報道。

在腦腫瘤中，NSCs可能被認為是最有效的細胞載體，因為它們對大腦具有親和力。NSCs不能與MSCs有效區分。MSCs 的長期植入也并不容易。

干細胞治療腦腫瘤的臨床研究

最近完成了一項使用NSCs和CD的試點試驗，但結果尚未公布 (NCT01172964)。這是口服5-FC和表達大腸桿菌CD的轉基因 NSC（食品和藥物管理局批準的 HB1.F3.CDNSC）治療復發性高級別神經膠質瘤的初步可行性研究（表2）。

已經有幾項臨床試驗使用干細胞作為惡性神經膠質瘤的細胞遞送載體。iPS細胞是有吸引力的工具，因為大量的NSC可以有效地從iPS細胞中分化出來。iPS細胞的出現有可能加速使用神經干細胞作為惡性神經膠質瘤細胞傳遞載體的基因治療。

三、未來方向

干細胞具有自我更新和分化成各種類型細胞的能力。此外，一些干細胞可以分泌神經營養因子來保護組織，并可以遷移到受損區域進行組織修復。它們還可以用作細胞因子、基因或病毒的細胞傳遞載體。因此，基于干細胞的療法是一種很有前途的方法。

有許多使用MSCs的臨床前/臨床研究，因為MSCs很容易從成人組織中收獲，可以防止免疫排斥反應，并且形成畸胎瘤的風險低。然而，使用MSCs存在未解決的問題，特別是對于神經系統疾病。MSCs介導的功能恢復可能是由唯一的神經營養因子引起的。此外，MSCs不能有效分化為神經組織。因此，從ES細胞或iPS細胞分化而來的神經干細胞可能適用于神經系統疾病。

需要對哪種類型的干細胞適用于神經系統疾病進行比較分析。盡管仍需要研究最佳劑量、分化狀態、給藥方式和潛在治療機制等技術障礙，但干細胞在治療人類神經系統疾病方面顯示出潛力。

參考資料：Ryota Tamura, Masahiro Toda. Stem cell-based therapies for neurological disorders[J]. AIMS Cell and Tissue Engineering, 2018, 2(1): 24-46. doi: 10.3934/celltissue.2018.1.24

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