干细胞移植技术在治疗帕金森病中的前景和潜力

神经外科医生维维安·塔巴尔 (Viviane Tabar) 已经洗漱完毕。在她面前的是第一个参与临床试验的参与者，该试验旨在确定干细胞是否可以安全地注射到帕金森病患者的大脑中。细胞曾被冷冻，但它们现在已解冻并置于冰上，等待时机到来。

Tabar 是纽约市纪念斯隆凯特琳癌症中心的内科医生兼科学家，她在患者的头皮上切开一个切口，并在他们的头骨上钻一个小孔。然后她使用“几乎像 GPS”一样的脑部扫描，她说，将她引导至壳核——帕金森氏症患者大脑中神经递质多巴胺水平异常低的部分。一旦她确认她到达了正确的位置，她就会注射干细胞，然后在大脑的另一侧重复这个过程。她希望这些细胞能够站稳脚跟，并最终开始产生多巴胺，否则几乎不会产生多巴胺。手术本身很小，患者第二天就可以回家。

帕金森病是一种神经退行性疾病，除其他外，它会影响运动、平衡、步态和肌肉控制。一些最明显的症状是由于脑干中称为黑质的区域神经元丢失引起的。这些神经元的轴突向上延伸到壳核，​​在那里它们释放有助于调节运动的多巴胺。一旦大约 50-80% 的这些神经元丢失，一个人的运动就会受到明显影响。

黑质神经元的丢失正是 Tabar 和其他人正在努力解决的问题。帕金森病干细胞疗法的首批临床试验已经开始——Tabar 的试验于今年早些时候在美国开始，另一项试验于 2018 年在日本开始。其他试验计划于 2022 年在欧洲开始。干细胞疗法正在这不是治愈方法，而且正如批评者指出的那样，它可能会产生比疾病本身更难以控制的副作用。但那些追求这种方法的人认为，有一天它可能成为恢复性治疗的最佳选择。

第一次移植

由于帕金森氏症源于大脑集中部位的一种细胞功能障碍，因此长期以来，该疾病一直被视为干细胞疗法的理想候选者。恢复多巴胺，想法是，你可以恢复功能。毕竟，大脑将其转化为多巴胺的口服药物左旋多巴自1970年获得批准以来就已经做到了这一点。但口服药物意味着大脑多巴胺水平不断上升和下降。随着时间的推移，将左旋多巴转化为多巴胺的细胞继续死亡，症状变得更难控制。人们可能会在服药高峰期间经历无法控制的运动（称为运动障碍），并在低谷期间再次出现帕金森氏症典型的震颤和缓慢运动。

当左旋多巴治疗达到极限时，有些人会选择深部脑刺激 (DBS)——将电极植入大脑的特定区域，充当神经冲动的起搏器，阻断导致异常运动的信号。左旋多巴和 DBS 都可以对疾病的不同阶段有效，但都不是完美的，并且随着疾病的进展它们都会失去效力。

尽管帕金森病靶向的特定类型神经元从黑质延伸，但研究人员尚未尝试恢复那里的细胞。这些神经祖细胞可能需要十年或更长时间才能长出足够长的轴突到达壳核。相反，科学家们开始将壳核本身视为一个潜在的移植部位：它更容易通过手术进入，而且新的神经元不需要生长太多就可以将多巴胺输送到正确的位置。

首次将神经祖细胞移植到帕金森病患者的壳核中是在1980年代和 90 年代。当时，干细胞还不是一个可行的选择，因此移植的组织取而代之的是来自捐赠的胎儿腹侧中脑组织——这是一个发育中的大脑区域，含有神经元细胞，注定会发育成从黑质多巴胺能细胞到眼球运动的一切细胞神经元。进行这些移植的科学家们希望，就像啮齿动物和非人类灵长类动物研究中的情况一样，多巴胺能细胞能够建立起来并支配壳核。

“很明显，如果你做对了，它就会奏效，但真的很难做对，”加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所再生医学中心的创始主任珍妮洛林说，她正在为当时的一家生物技术公司参与了一些初步研究的开发。

这些试验即使不是完全成功，也很有启发意义：一些人几乎看不到任何可观察到的益处，另一些人出现了致残性运动障碍，一些人移植成功，以至于他们能够停止服用口服左旋多巴十年或更长时间。Loring 和其他人说，广泛的结果可能是由于多种因素造成的，包括细胞注射的确切位置、胎儿细胞本身缺乏质量控制、移植排斥、细胞存活率低以及遗传和疾病的差异个体患者之间的状态。

研究使用干细胞治疗帕金森症的研究人员认为他们已经解决了其中的大部分问题。使用胚胎干细胞系或诱导多能干 (iPS) 细胞——已重新编程回干细胞样状态的成体细胞——他们可以创建具有已知特性的细胞系，然后进行重复测试以确保纯度和准确性分期。“使用诱导多能细胞，您可以在进行移植之前根据需要进行尽可能多的质量控制，”Loring 说。她解释说，当你拥有一个具有已知特性的细胞系时，评估就容易多了，你可以对其进行测序，然后在动物身上进行测试，然后再转移到人类身上。

与 Tabar 相关的试验基于她的实验室和Lorenz Studer的研究，Lorenz Studer 是神经科学家，在 Memorial Sloan Kettering 管理着干细胞生物学中心。他们的十名参与者将接受来自多能干细胞的多巴胺祖细胞，称为 DA01，这是 BlueRock Therapeutics 进行的 I 期试验的一部分，BlueRock Therapeutics 是纽约市的一家生物制药公司，由 Tabar 和 Studer 帮助创立。

下一代试验

Studer是1980年代和1990年代涉及胎儿组织的初步研究的一部分，并且从一开始就知道这项工作更多的是对原理的证明，而不是针对帕金森氏症患者的解决方案。“对我来说，很明显，由于伦理、法律和实际问题，胎儿移植不是一个长期的解决方案。” 因为这个手术需要每个病人4到12个胎儿，所以他们不可能以这种方式治疗成千上万的人，更不用说数万人了。相反，Studer转向了干细胞。

近二十年来，Studer和其他人在发现适用于小鼠 iPS 细胞的技术不适用于人类细胞后，一直致力于寻找创建多巴胺神经元的最佳方法。“我们需要重新发明诱导干细胞[成为]多巴胺神经元的技术，”他说。2009 年，Studer 和他的同事报告说，他们发现了两种信号抑制剂（称为Noggin和SB431542），使研究人员能够将高达 80% 的胚胎干细胞快速转化为神经祖细胞，并且在2011年，他们描述了如何进一步指导它们分化成多巴胺神经元。从那时起，他们开始扩大流程，生产质量可控的大批量多巴胺祖细胞，这些细胞可以冷冻保存。BlueRock 是第一个在帕金森氏症中测试这种方法的公司，一次可以为数百至数千名患者提供服务。因为参与者正在接受来自健康供体的细胞，他们还需要12个月的免疫抑制治疗以防止移植排斥。

免疫抑制是BlueRock方法中一个特别重要的元素，因为它依赖于无法调整为更接近受体自身组织的单个细胞系。由日本京都大学的干细胞科学家和神经外科医生 Jun Takahashi 领导的一个小组正试图通过将移植受者与不太可能被排斥的细胞配对来激发较低的免疫反应。研究人员正在使用称为主要组织相容性复合体 (MHC) 的细胞表面蛋白，这种蛋白可被适应性免疫系统识别，并且在人与人之间具有不同程度的相容性。Takahashi 和他的同事们没有使用冷冻细胞系，而是为每次移植创建了一批新鲜的 MHC 匹配细胞。

他们的试验于2018年开始，高桥说参与的四名重症患者表现良好（另见Nature https://doi.org/gfjxwt; 2018）。他尚未公布疗效结果，但这并不奇怪，因为移植细胞可能需要六个月到两年的时间才能完全站稳脚跟，支配壳核并产生足够的多巴胺以产生显着差异。

Takahashi 的小组和 BlueRock 在他们的试验中能够收集到的数据都很有限，然而，这仅仅是因为他们的参与者已经患有相当晚期的疾病。从伦理上讲，通常很难证明让处于疾病早期阶段的人入组是合理的——他们还没有发展到尚未证明安全的更极端干预是最佳选择的地步。然而，一旦疾病进展，大脑可能不太容易接受移植。因此，虽然试验可以测试安全性，但有效性信号将更难获得。

一项欧洲合作旨在在未来几个月内开始自己的帕金森病干细胞疗法试验。该项目名为 STEM-PD，由瑞典隆德大学的神经科学家 Malin Parmar 与瑞典马尔默斯科讷大学医院和英国剑桥大学的研究人员共同领导。该小组将使用源自胚胎干细胞的多巴胺神经元祖细胞，目前正在等待监管部门的批准。Parmar 和她的同事计划在八个人身上测试他们的疗法，他们都是中度而不是重度帕金森症患者。“我们将从仍有很大机会从移植物中获益的中期患者开始，”Parmar 说。

与此同时，位于加利福尼亚州圣地亚哥的生物技术公司 Aspen Neuroscience 专注于一种不同的、个性化的方法。该公司由 Loring 共同创立，基于她实验室的技术，使用自体 iPS 细胞。这些源自患者自身皮肤的细胞已被诱导回到干细胞阶段，然后被促使分化为多巴胺神经元祖细胞。这是一种旨在避免移植排斥和免疫抑制药物需求的策略。但这也是一个复杂、漫长的过程，而且可能比其他方法更昂贵——尽管根据 Aspen 的首席医疗官爱德华·沃思 (Edward Wirth) 的说法，该公司预计最早要到 2022 年底才能开始人体试验，因此他们“我们还没有推测成本。

“归根结底，我认为没有人真正知道什么是最好的方法，而且可能不会只有一种方法，因为不同的患者可能会有所不同，”Parmar 说。“但今天正在进行的试验 [是] 首次在人体中进行的概念验证试验，表明干细胞衍生的多巴胺神经元是安全的，并且可以对患者的大脑产生影响。” 她指出，从那里开始，这项技术只能得到进一步改进。无论是受 Aspen 启发的使用患者特异性细胞的方法，还是对细胞进行基因改造以防止它们在移植后患上疾病，基本思想仍然是相同的：“用新的、有功能的细胞替换死亡的细胞。”

总结

尽管干细胞疗法可能无法治愈帕金森病，但它的倡导者仍然对其前景充满热情。“我显然有偏见，但我对潜力非常乐观，”塔巴尔说。她说，将干细胞与左旋多巴、DBS 或潜在的新免疫疗法结合使用可能有助于减缓甚至阻止这种疾病。“未来将有一条非常激动人心的道路。”