誘導(dǎo)多能干細胞療法為帕金森病的治療提供了新希望

帕金森病 (PD) 是第二種最常見的神經(jīng)退行性疾病，也是細胞療法的主要目標。事實上，自1980年代以來，流產(chǎn)的胎兒組織已被用作此類療法的供體材料。

然而，這些細胞療法存在一些問題，例如供體材料供應(yīng)短缺、組織質(zhì)量不穩(wěn)定以及倫理限制。

干細胞技術(shù)的進步使得多能干細胞生產(chǎn)供體細胞規(guī)模無限、質(zhì)量穩(wěn)定、倫理問題少。幾個研究小組已經(jīng)制定了以臨床兼容的方式從多能干細胞中誘導(dǎo)多巴胺神經(jīng)祖細胞的方案，并在非臨床研究中證實了有效性和安全性。

基于這些非臨床研究的結(jié)果，多項多能干細胞療法治療帕金森病的臨床試驗已經(jīng)開始。在免疫排斥的背景下，有幾種基于干細胞的治療模式：自體移植、無需人類白細胞抗原匹配的同種異體移植和有匹配的同種異體移植。

日本京都大學(xué)iPS細胞研究與應(yīng)用中心臨床應(yīng)用系在這篇小型綜述中，討論了干細胞治療帕金森病的幾個實用要點。

介紹

帕金森病 (PD) 是第二種最常見的神經(jīng)退行性疾病，在老年人中尤為常見。左旋多巴藥物治療是帕金森病的標準治療方法，但隨著病情的進展其初始療效逐漸下降。

在這些情況下，增加左旋多巴劑量是一種選擇，但會增加副作用的風(fēng)險，例如開關(guān)現(xiàn)象、消退和運動障礙。深部腦刺激 (DBS) 是中期PD患者的一種選擇。運動鍛煉也是一種標準治療方法。然而，所有這些PD療法都是有癥狀的。另一方面，基于干細胞的PD療法是本綜述的主要興趣，它有可能延緩或逆轉(zhuǎn)疾病的進展。

帕金森病細胞療法概述

PD在組織學(xué)上以黑質(zhì)中的中腦多巴胺神經(jīng)元變性為標志。中腦多巴胺神經(jīng)元將神經(jīng)突延伸至殼核和尾狀核，在那里它們釋放多巴胺作為神經(jīng)遞質(zhì)，但由于變性，殼核的多巴胺水平在PD中降低。

在PD的細胞療法中，供體多巴胺能祖細胞通常通過異位移植注入殼核，在那里它們與宿主神經(jīng)元形成局部神經(jīng)回路并變得有功能。還嘗試通過同位移植將多巴胺能神經(jīng)祖細胞移植到黑質(zhì)。然而，盡管黑質(zhì)中一些存活的供體神經(jīng)元將神經(jīng)突延伸至殼核，但功能益處不如異位移植。

我們關(guān)于PD細胞療法的大部分知識都是基于以前流產(chǎn)的胎兒黑質(zhì)移植的臨床經(jīng)驗。許多實驗室都在未成熟祖細胞階段移植供體細胞。這些細胞在移植區(qū)域存活、成熟并延伸神經(jīng)突，與宿主神經(jīng)元建立突觸連接，這一現(xiàn)象需要一些時間。事實上，許多體內(nèi)研究表明功能恢復(fù)在移植后幾個月開始。根據(jù)胎兒黑質(zhì)移植的臨床報告，受者的癥狀在4年多的時間里逐漸恢復(fù)，然后趨于平穩(wěn)。

從多能干細胞誘導(dǎo)多巴胺神經(jīng)元

許多研究小組已經(jīng)制定了從多能干細胞中誘導(dǎo)中腦多巴胺能祖細胞的方案。

現(xiàn)在，大多數(shù)方案使用小分子來抑制BMP和TGF-β/Activin/Nodal通路來指定神經(jīng)命運，即所謂的雙重SMAD抑制。為了誘導(dǎo)中腦多巴胺祖細胞起源的底板，Sonic hedgehog (SHH) 信號被激活，Wnt信號被GSK3抑制劑正常調(diào)節(jié)。為了純化所需的細胞群，采用了使用特定抗體（例如CORIN和LRTM1）的細胞分選技術(shù)。

移植方式

在細胞療法中通常應(yīng)考慮免疫排斥的風(fēng)險。雖然大腦一直被認為是免疫特權(quán)的部位，但這個概念正在重新審視。以往胎兒細胞移植的臨床經(jīng)驗表明，使用免疫抑制劑可改善結(jié)果。基于干細胞的移植在免疫排斥的情況下提供了幾種模式：自體移植（圖1A）、無人類白細胞抗原匹配的同種異體移植（圖1B）、具有匹配的同種異體移植（圖1C）、最后是“通用”多能干細胞的應(yīng)用（圖1D)。

通用多能干細胞描述的多能干細胞經(jīng)過基因編輯，因此它們的HLA分子表達已被抑制或敲除。這一特性使它們能夠逃避宿主主要的HLA相關(guān)免疫反應(yīng)，但也需要考慮與NK細胞和次要抗原相關(guān)的免疫反應(yīng)。

為了最大限度地減少NK細胞反應(yīng)，已報道了幾種策略。最終，這些通用供體細胞有望達到臨床應(yīng)用，因為從理論上講，它們最適合避免移植物相關(guān)的免疫反應(yīng)。與此同時，基于多能干細胞的PD療法的唯一臨床試驗使用了帶有免疫抑制劑的同種異體移植或自體移植。

• A使用患者自身的誘導(dǎo)多能干細胞 (iPSC) 進行自體移植。
• B使用來自健康供體或人類胚胎干細胞的iPSC進行同種異體移植，無需HLA單倍型匹配。
• C使用HLA匹配的iPSC進行同種異體移植。
• D使用經(jīng)過基因編輯以敲低HLA分子的“通用細胞”進行同種異體移植

帕金森病細胞療法的臨床實踐

手術(shù)適應(yīng)癥

由于藥物可有效控制PD早期的癥狀，因此不建議在這些情況下進行新的干預(yù)。通過針對重點患者的臨床試驗確認新干預(yù)措施的安全性和有效性后，應(yīng)逐步擴大手術(shù)適應(yīng)癥。以前流產(chǎn)胎兒移植臨床研究的報告和經(jīng)驗可以幫助確定哪些患者將從細胞療法中受益。

因此，細胞療法對超晚期PD希望較小。當患者仍然對左旋多巴有反應(yīng)時，即突觸后神經(jīng)元得以保留并且可以對釋放的多巴胺產(chǎn)生反應(yīng)時，細胞療法被認為是一個很好的適應(yīng)癥。

在日本進行的一項由研究者發(fā)起的臨床試驗，標準包括患者年齡50-70歲，病程5年以上，Hoehn和Yahr分期≥IIIat off period and≦III at on period，左旋多巴反應(yīng)超過30%。應(yīng)考慮患者的一般情況，因為患者需要承受手術(shù)和之后的免疫抑制。特別是，應(yīng)仔細考慮對感染或腎功能不全的易感性，因為這些情況可能會限制免疫抑制劑的使用。

立體定向手術(shù)

供體細胞通過移植針以細胞懸液或細胞團的形式直接注射到大腦中。在日本的臨床試驗中，細胞在細胞分選后培養(yǎng)兩周形成團塊，無需解離即可移植。對于PD，可將用于DBS的類似立體定向腦外科手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于目標部位的細胞注射。

移植細胞數(shù)

以前關(guān)于流產(chǎn)胎兒移植的尸檢大腦的報告顯示，需要在單側(cè)紋狀體中存活43,000-138,000個多巴胺能神經(jīng)元才能改善癥狀。

由于人腦中有25萬個多巴胺能神經(jīng)元投射到一個putamen，細胞治療的目標是支配約一半的數(shù)量，或10萬個移植的多巴胺能神經(jīng)元。承認這個數(shù)量的細胞必須存活，移植所需的細胞數(shù)量是逆向工程，取決于供體群體的純度、存活率和宿主大腦的環(huán)境。

我們小組將人類iPSC衍生的多巴胺能祖細胞移植到猴腦中，2年后對大腦進行組織學(xué)檢查。單側(cè)移植了約240萬個細胞，平均有64000±49000個多巴胺能神經(jīng)元存活。中腦黑質(zhì)的多巴胺能神經(jīng)元在PD中受到影響，是大腦中神經(jīng)元總數(shù)中非常小的一部分。

由于這種療法的細胞數(shù)量比心臟、肌肉或肝臟的細胞療法所需的數(shù)量小得多，因此PD是基于細胞療法的再生醫(yī)學(xué)的一個合適的初始目標。

供體細胞的質(zhì)量控制

為確保最佳療效并避免細胞治療的風(fēng)險，需要通過適當?shù)牟呗詠砜刂乒w細胞的質(zhì)量。對于基于多能干細胞的方法，質(zhì)量控制 (QC) 在每個階段進行：未分化細胞、分化過程中的細胞和最終細胞產(chǎn)物。有必要檢查形態(tài)學(xué)、多能標記、感染性和毒性。此外，可能期望分析遺傳和表觀遺傳突變以評估腫瘤發(fā)生的風(fēng)險。

腫瘤發(fā)生的風(fēng)險可分為以下幾類： 

• (i) 由基因或染色體突變引起的惡性腫瘤發(fā)生，即所謂的腫瘤發(fā)生；
• (ii) 由于殘留的未分化細胞形成畸胎瘤，或可能形成源自不需要的細胞的另一種組織成分；
• (iii) 由過于不成熟的神經(jīng)細胞引起的神經(jīng)過度生長。在日本臨床試驗最終細胞產(chǎn)物的QC中，多巴胺祖細胞（FOXA2/TUJ1）、未分化細胞（POU5F1、LIN28、OCT3/4/TRA2-49/6E）、早期神經(jīng)標志物（SOX1/PAX6）進行了分析。

在日本試驗的臨床前研究中，將通過QC測試的供體細胞移植到動物體內(nèi)，并經(jīng)過長期觀察確認其安全性。

免疫抑制

先前針對PD的流產(chǎn)胎兒移植臨床試驗包括來自多次流產(chǎn)的具有多種 HLA單倍型的組織的混合物。在這些試驗中，通常使用三聯(lián)免疫抑制方案，即環(huán)孢菌素、潑尼松龍和硫唑嘌呤。即便如此，免疫耐受僅在移植后1至2年建立，免疫抑制藥物治療在移植后2至3年停止。

上述在日本進行的基于iPSC的試驗僅使用一個細胞系，該細胞系在日本表達最常見的HLA單倍型；因此，與過去的胎兒移植相比，它不太可能引起免疫反應(yīng)。因此，在試驗中使用了單一藥物他克莫司的免疫抑制。

此外，使用易位蛋白 (TSPO) 示蹤劑的PET掃描用于監(jiān)測移植物衍生的炎癥反應(yīng)，因為TSPO是一種在活化的小膠質(zhì)細胞中積聚的示蹤劑，可以捕獲大腦中的炎癥。事實上， TSPOPET可以檢測猴腦中移植物衍生的炎癥反應(yīng)。然而，他克莫司有副作用，例如增加癌癥和糖尿病的發(fā)病率、腎功能不全和易感染；因此，需要經(jīng)常監(jiān)測其血液濃度。

未來展望

有必要進一步開發(fā)和研究以將細胞療法擴展為PD的標準治療方法。為了穩(wěn)定地提供大量的“細胞產(chǎn)品”，需要在完全封閉的系統(tǒng)中實現(xiàn)細胞處理的自動化。不易發(fā)生免疫反應(yīng)的通用細胞正在被開發(fā)為細胞療法，不僅適用于帕金森病，也適用于其他疾病和其他器官。隨著更多的技術(shù)突破，自體細胞可以以更低的成本高效制備。

因此，在未來，細胞療法有望與藥物、DBS和運動鍛煉一起成為標準的PD治療（圖2）。

• PD是一種進行性疾病。現(xiàn)有的治療選擇包括藥物治療、DBS和運動鍛煉，但都是對癥治療。PD的細胞療法有望成為未來的標準治療選擇，可以阻止或逆轉(zhuǎn)疾病進展。

結(jié)論

基于多能干細胞的PD療法的臨床應(yīng)用已經(jīng)開始。在最初的臨床試驗顯示出安全性并經(jīng)過多次改進后，PD的細胞療法將成為未來的標準臨床選擇。

參考資料：Morizane, A. 用誘導(dǎo)性多能干細胞治療帕金森病。 炎癥再生劑 43 , 16 (2023)。https://doi.org/10.1186/s41232-023-00269-3

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