干细胞治疗渐冻症：比较三种干细胞的疗效关系

背景：肌萎缩侧索硬化症(ALS) 或渐冻症是一种使人衰弱且无法治愈的神经退行性疾病，其特征是脊髓、脑干和运动皮层的运动神经元死亡。ALS的发病率约为每年每100,000人4.42例，严重影响运动功能和生活质量，导致进行性肌肉萎缩、痉挛、瘫痪，最终导致死亡。ALS的病因大部分未知，90%的病例为散发性，10%为家族性。当前的研究针对炎症、兴奋毒性、易聚集蛋白和蛋白病的分子机制。

现有治疗药物情况

• 1.利鲁唑：属于谷氨酸拮抗剂，通过降低运动神经元兴奋毒性来发挥作用。是目前唯一被证实能延长ALS患者生存期的治疗药物，一般可延长2-3个月。 
• 2.Tofersen：2023年获美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于治疗SOD1-ALS。为反义寡核苷酸，可介导SOD1信使RNA的降解，进而减少SOD1蛋白合成。
• I/II期临床试验证明其总体安全性，但更广泛的III期试验显示，28周后虽脑脊液中SOD1蛋白水平降低了35%，却未达到减缓病情进展的主要终点。另有一项III期试验正在进行中（计划2027年完成），以明确其对症状前至早期患者的影响。 
• 3.依达拉奉：原本用于治疗中风患者，2022年获FDA批准成为ALS药物，作用是清除自由基。III期试验表明其能让患者具有更高的基线功能，但仅适用于用力肺活量（FVC）>80%的早期症状患者。 
• 4.苯丁酸钠和牛磺酸二醇：于2022年获批，靶向运动神经元的内质网和线粒体，防止细胞死亡。CENTAUR 2022试验报告显示其平均可延长生存期6.5个月。 

总体而言，鉴于ALS病因多样且临床表现差异大，仅针对单一分子机制治疗很难实现治愈该病的目标，所以需要综合多方面因素来探索更有效的治疗方案。因此，干细胞疗法正被研究作为治疗ALS的多靶点方法。

干细胞疗法治疗肌萎缩侧索硬化症：间充质干细胞、神经干细胞和诱导性多能干细胞的疗效比较

近日，国际期刊杂志《Biomedicines》发表了一篇“治疗肌萎缩侧索硬化症的干细胞疗法：间充质干细胞、神经干细胞和诱导多能干细胞的疗效比较”的文献综述。该综述表明这项研究对于推动ALS治疗从缓解症状和适度延长生存期到积极改变疾病进展和改善患者预后具有重要意义。成功的干细胞疗法可以带来新的ALS治疗方法，减缓运动功能丧失并减轻症状严重程度^[1]。

本综述将比较三种具有特定分化特性、免疫调节或神经保护因子的干细胞类型，以评估它们对ALS神经退行性病变的治疗效果：神经干细胞（NSCs）、间充质干细胞（MSCs）和诱导多能干细胞（iPSCs）。干细胞潜能被定义为分化成各种细胞系的潜力，分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

本综述研究的间充质干细胞可在中胚层、内胚层和外胚层各系分化，包括神经元细胞，而NSCs则是可增殖成神经元和神经胶质细胞的多能细胞（图1）。间充质干细胞取自骨髓、脐带和脂肪组织，是ALS临床试验中研究最广泛的干细胞（图1）。iPSCs是山中伸弥（Shinya Yamanaka）于2006年开发的工程多能细胞，为解决与NSCs和间充质干细胞相关的伦理问题提供了解决方案。iPSCs通常来源于皮肤或血液细胞，可分化为与ALS相关的神经元和神经胶质细胞（图1）。

NSC分化为神经元和神经胶质细胞。MSC有可能成为来自三个胚层的细胞类型：中胚层、外胚层和内胚层。iPSC可以分化成任何细胞类型。

该研究的审查方法为：在2023年12月23日至2024年2月4日期间，利用多个数据库（PubMed、ScienceDirect、伍伦贡大学图书馆、新南威尔士大学图书馆、ClinicalTrials.gov、Google Scholar），聚焦ALS及MSC、NSC、iPSC（图2）等关键主题，检查约150篇文章，依据相关性、同行评审情况和信息完整性制定纳入标准，同时排除过时及未经同行评审的研究。

使用多个在线数据库检查了约150篇专注于ALS、MSC、NSC和iPSC的文章。不符合纳入标准的研究未被采用，而符合纳入标准的研究则进行了一致性评估和评估。

间充质干细胞在治疗渐冻症中的作用

间充质干细胞（MSCs）具备自我更新、多谱系分化及免疫调节等特性，展现出治疗ALS的良好潜力。其中来源包括骨髓、脂肪组织和脐带血，且有神经保护与再生特性，其中骨髓来源的间充质干细胞（BMD-MSCs）是ALS研究重点（表1）。BMD-MSCs因能分泌血管内皮生长因子和胶质细胞源性神经营养因子（GDNF），可促进血管生成以及运动神经元存活（图3），还能释放适量转化生长因子-β，促使小胶质细胞转变表型以维持中枢神经系统稳态，不过其增殖能力随供体年龄增长而下降，限制大规模应用。 

在临床研究方面，Siwek等人开展的关键临床研究对ALS患者鞘内注射自体BMD-MSCs，证实了其安全性，但治疗效果因人而异，对晚期有症状患者病情进展有放缓作用，而对进展较慢患者改善有限，且研究因非随机、无控制设计及小样本量等因素，其因果关系及推断说服力存疑。

Terashima等人的平行实验研究将骨髓来源的单核细胞与表达生长因子的间充质干细胞相结合用于ALS小鼠模型，改善了运动功能、延长生存期并增强神经元保存，体现出抗炎作用及调节免疫反应能力，但也存在样本量小、治疗效果不一致、后勤管理挑战等局限。还有回顾性研究显示鞘内自体BMD-MSCs多次注射可提高生存概率，凸显其潜力，不过回顾性研究特点影响数据可靠性，仍需大规模、严格对照试验评估长期影响。

总体而言，BMD-MSCs因能调节免疫反应、具抗炎特性及可能助力神经修复，在ALS治疗中被广泛研究，为控制症状和疾病进展提供了有希望的治疗策略。

目前正在开展一项名为ALSUMMIT的III期试验，采用多中心、随机、双盲、平行组、假手术对照设计，旨在评估骨髓来源间充质干细胞（BMD-MSC，即lenzumestrocel）的疗效与长期安全性，不过由于结果尚未公布，暂难以评判该设计对最终结果的影响，以及是否能解决此前相关研究（如Nam等人2023年研究）存在的局限性。

Nam等人2022年的研究方案提及之前的I/II期试验[2]，该试验证实BMD-MSC有着至少可持续六个月的显著治疗效果，且对ALS患者是安全的，还观察到注射后转化生长因子-β1（TGF-β1）和单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）水平呈现逆转关系，其中MCP-1作为神经炎症通路的重要生物标志物，与ALS进展及生存率降低有关联。

另外，Cudkowicz等人2022年完成的III期试验显示[3]，使用MSC-神经营养因子治疗后，神经炎症在统计学上有显著改善，然而该试验中的参与者处于晚期阶段，这可能弱化了治疗对整体研究人群的影响，致使主要和次要疗效终点未呈现出统计学意义。

虽然纳入大量晚期ALS患者让研究更具全面代表性，但因地板效应，可能影响了ALS功能评定量表修订版（ALSFRS-R）的结果，即低评分情况下的明显改善可能源于对反应的错误分类，尤其鉴于该研究旨在证明病情进展减缓。

神经干细胞在治疗渐冻症中的应用

神经干细胞的基本特性与研究意义：神经干细胞是从胎儿脊髓或大脑中分离出的多能性自我更新细胞，可分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，且存在激活的、静止的及神经祖细胞这三种亚型，各有不同发育作用。

因其与退化细胞组织来源相 同且能顺应微环境信号，成为ALS治疗中有前景的研究领域。不过，由于年龄是ALS主要风险因素，成人神经发生受外在和内在调控，存在伦理及物理隔离限制，比如定量神经干细胞局限于特定成人大脑区域，并且在其成为可行治疗方法前，还需解决新神经元功能整合、连接来源等关键问题。

早期研究及相关试验情况：早期针对神经干细胞（NSC）的研究与试验着重关注椎管内人类神经干细胞（hNSC）注射的安全性和耐受性，也收获了诸多有希望的成果(表2），促使美国食品药品监督管理局（FDA）于2009年批准此类试验。

目前已开展两项I期临床试验，第一项由Neuralstem公司资助[4]，对12名患者术后监测长达18个月，未发现长期并发症，随后又有3名患者参与II期试验并接受五次单侧颈部注射，也未出现运动神经元功能减慢情况；第二项I期试验将分析周期延长至60个月，同样未显示负面影响或医源性损伤迹象。

面临的局限及改进措施：在SOD1G93A啮齿动物模型中发现神经干细胞存在缺乏增殖和迁移的问题，限制了其对更广泛症状及更晚期疾病类型的作用。

对此，雪松西奈医学中心开展一项试验[5]，首次使用含神经胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）的转基因祖细胞（CNS10-NPC-GDNF）治疗ALS，将细胞单侧注射到18名腿部运动能力中等的ALS患者腰部，达到12个月的主要安全终点，且在42个月内对运动功能无不良影响。

这项研究表明，一次工程神经祖细胞的注射可以在移植后长达42个月内为ALS患者脊髓提供新的支持细胞和GDNF输送。

存在的问题及试验意义

尽管达到了一定安全时间阈值，但由于ALS病情进展迅速、样本量可能较小以及方法学缺乏同质性等原因，对于已招募的晚期表型患者，安全时间阈值可能不足以准确分析病情迅速恶化带来的长期影响，即便将参与试验患者限制在用力肺活量（FVC）≥预测值的60%（可走动组和非可走动组），仍有因病情自然进展导致的死亡情况出现。

不过，研究整体表明相对安全，不同给药方式和剂量下能达到至少12个月、最长60个月的安全时间阈值，尸检组织分析也证实了移植物存活及GDNF产生情况。而且，除安全性评估外，这些试验还显示出潜在疗效的积极结果，如个别患者在运动神经元和转棒性能测试中有病情进展改善表现，另有三名患者记录到短暂功能改善，虽然试验本身并非为衡量疗效而设计，但也展现出疾病治疗的前景。

诱导性多能干细胞在治疗渐冻症中的作用

源自患者特异性体细胞的iPSC为ALS的个性化治疗提供了可能性。iPSC 表现出无限自我更新和分化为所有特殊细胞类型的独特能力，可通过潜在地替换或支持神经元以及改变ALS患病微环境提供一种新策略。

2006年，Shinya Yamanaka和Kazutoshi Takahashi首创了iPSC多能性诱导机制，通常涉及外源性多能性基因或因子的递送（图4）。

诱导多能干细胞（iPSC）具备治疗肌萎缩侧索硬化症（ALS）的潜力，因其能够无限复制，并且可分化为神经系统细胞，这对于补充ALS患者所缺失的健康运动神经元极为关键，而这一特性也构成了干细胞移植的基础。鉴于中枢神经系统细胞终末分化的特点，中枢神经系统修复本就颇具挑战性，而在ALS病理中，中枢神经系统连接的丧失，尤其是肌肉与下运动神经元通过神经肌肉接头的轴突连接丧失是核心问题所在。

此前Kubo等人（2009 年）的研究已证实胚胎干细胞（ESC）衍生的运动神经元能够形成新的神经肌肉接头，由于iPSC和ESC极为相似，所以预计iPSC衍生的运动神经元也会提供类似的再生益处。、

此外，通过iPSC衍生神经元的细胞外囊泡进行旁分泌信号传导，能够递送神经营养因子和抗炎剂，进而提供额外的治疗优势，可促进神经元存活以及助力组织再生。这种方法对于重建神经肌肉接头、改善ALS患者的运动控制，还有调节中枢神经系统微环境以支持神经修复等方面或许都起着至关重要的作用。

诱导多能干细胞（iPSC）治疗渐冻症相关的研究进展

Yang等人的研究：2023年，Yang等人开发出一种能将iPSC引导至颈部脊髓运动神经元（sMN）的方案，这在ALS研究中是重大进步，该方案克服了胚状体形成的复杂性，产出近乎纯净的神经干细胞（NSC）。而且这些sMN呈现出的过度兴奋是散发性ALS的关键表型，体现出其在疾病表型呈现与建模方面的潜力。 

针对分泌GDNF的iNPC的研究：另有一项聚焦分泌胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）的iPSC衍生神经祖细胞（iNPC）的研究，着重凸显了iPSC在ALS中的神经保护能力。iNPC的基因表达谱与胎儿神经祖细胞相似，并且其在啮齿动物ALS模型中展现出保护作用，进一步验证了这一治疗途径的可行性。

Marshall等人的研究：Marshall等人在2023年通过探索人诱导多能干细胞衍生的运动神经元（hiPSC-MN）中的轴突再生情况（尤其是针对SOD1A4V突变），拓展了iPSC的应用范畴。他们发现轴突再生有所增强，意味着iPSC具备抵消诸如轴突再生受损这类特定ALS缺陷的潜力，由此展示出其针对ALS的靶向治疗策略。

iPSC疗法的优势与潜力

诱导多能干细胞（iPSC）疗法在治疗像肌萎缩侧索硬化症（ALS）这类疾病方面展现出希望，其关键优势在于具备自我更新能力，理论上能够建立大规模细胞库，而这种自我更新特性是开展iPSC疗法的基础，借此可以持续生产专门的细胞类型用于治疗。

iPSC疗法面临的限制

成本高昂：建立和维护细胞库需要细致的质量控制、标准化程序以及严格的特性描述，并且还得对无菌性、细胞表型、染色体稳定性、遗传特性和多能潜能等进行彻底测试，以此确保用于治疗的iPSC的安全性和有效性，这些环节都致使iPSC疗法成本居高不下。 

道德考量：在iPSC疗法中，道德方面的考虑至关重要，比如要确保细胞捐赠者和接受者的知情同意，保护好个人遗传信息等。从细胞采集到iPSC应用的所有程序都必须遵循良好生产规范标准。 

伦理监管挑战：获取或分化iPSC的方法的完整性十分关键，特别是涉及基因操作的方法。由于iPSC存在被滥用于人类克隆、制造人兽嵌合体或者非法生成经过改造的人类配子等风险，所以需要持续开展伦理辩论，并且监管方面要时刻保持警惕。总体而言，iPSC疗法虽有治疗疾病的潜力，但受成本、道德、伦理监管等多方面限制，在其应用发展过程中需要妥善应对这些问题。

总体来看，这些不同角度的研究从多方面展现了iPSC在ALS治疗及相关研究领域的应用价值与潜力，为后续进一步攻克ALS疾病提供了有意义的研究方向和依据。

干细胞的未来方向

在对目前干细胞应用于ALS治疗的回顾中，我们确定了每种细胞类型的主要治疗潜力和挑战（表3）。

结论

以下是对上述结论部分内容的概述：本综述围绕干细胞疗法治疗肌萎缩侧索硬化症（ALS）的潜力展开，着重考察了间充质干细胞（MSC）、神经干细胞（NSC）和诱导多能干细胞（iPSC）治疗渐冻症的应用及各自优缺点。

各种干细胞类型治疗渐冻症的潜力

间充质干细胞：具备减缓ALS进展、提高患者生存率的潜力，其免疫调节与再生特性在临床前和临床试验中均展现出积极前景。

神经干细胞：能够分化为神经元和神经胶质细胞，发挥神经保护作用，有望延缓ALS进展，临床试验多呈现积极的安全结果，部分研究还发现患者功能有所改善。 

诱导多能干细胞：可从患者特定体细胞提取，利于实现个性化治疗，能替换或支持ALS患者的神经元，凭借无限自我更新能力在临床前研究及啮齿动物模型试验中表现出良好效果。

各种干细胞类型治疗渐冻症面临的局限性

间充质干细胞：因临床结果不一致、试验设计非随机以及其属性随来源改变等问题，导致标准化和疗效判定变得复杂。

神经干细胞：受胎儿组织伦理争议、脊柱内输送的侵入性以及细胞迁移受限等因素阻碍，限制了其在ALS治疗中的广泛应用。 

诱导多能干细胞：存在成本高昂、有致瘤性或遗传毒性风险以及生成技术复杂等情况，需全面对照试验来保障其用于ALS治疗时的安全性和有效性。

总体评价：干细胞疗法为ALS治疗提供了创新性的多靶点手段，有望作为主要或辅助疗法，相比现有疗法，具备提高疗效的潜力。

参考资料：

[1]:https://www.mdpi.com/2227-9059/13/1/35#B58-biomedicines-13-00035

[2]:https://trialsjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13063-022-06327-4#citeas

[3]:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mus.27472

[4]:https://academic.oup.com/stcltm/article/8/9/887/6403799?login=false

[5]:https://www.nature.com/articles/s41591-022-01956-3

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