干细胞疗法治疗神经系统疾病的临床案例

先前已经使用胎儿组织对某些中枢神经系统 (CNS) 疾病（例如帕金森氏病）进行了基于细胞的疗法。然而，收集大量细胞用于移植可能很困难。最近的研究表明，一些干细胞可以作为中枢神经系统退行性和受损区域的细胞疗法的潜在来源。

此外，由于具有向肿瘤迁移的能力，干细胞可用作脑肿瘤的细胞递送载体。胚胎干 (ES) 细胞、间充质干细胞 (MSC) 和诱导多能干细胞 (iPS) 是最具吸引力的干细胞。iPS细胞可以有效地分化为神经干细胞，并有可能克服与ES细胞相关的伦理问题。所以，使用iPS细胞的基于细胞的疗法可以专门针对神经系统疾病开发。

在本文中，我们回顾了胚胎干细胞、间充质干细胞和诱导多能干细胞作为干细胞疗法细胞来源的特征（表1），然后讨论了干细胞治疗神经系统疾病的临床前数据和正在进行的临床试验；帕金森病、阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症、亨廷顿病、脑梗塞、脊髓损伤、脑损伤和脑肿瘤。

表1.干细胞的特征。

干细胞	特征
胚胎干细胞	优点 无限增殖 多能性 神经替代功能的能力 伦理问题（胚泡） 难以使用自体移植物 免疫排斥的风险（同种异体细胞移植） 畸胎瘤形成的风险
间充质干细胞	优点 很容易从成人组织中获取（可以使用自体移植物。） 预防免疫排斥 畸胎瘤形成的风险低 有限的长期植入 分化能力有限 多次传代后分化能力难以维持 弱神经替代功能
iPS细胞	优点 容易从成人组织中获取（可以使用自体移植物） 无限增殖 多能性 神经替代功能的能力 畸胎瘤形成的风险（最近可以在没有c-myc的情况下建立iPS细胞） 病毒载体的染色体插入（游离型载体可防止染色体插入） 免疫排斥的风险（同种异体细胞移植）

胚胎干细胞：ES细胞是源自囊胚未分化内细胞团的多能干细胞。分离内细胞团导致囊胚的破坏。它们可以分化成三个主要胚层的所有衍生物：外胚层、内胚层和中胚层。它具有高端粒酶活性，可以持续分裂。由于它们的可塑性和自我更新能力，ES细胞疗法已被提议用于损伤或疾病后的再生医学和组织替代。ES细胞的其他潜在用途包括遗传疾病研究和毒理学测试。

间充质干细胞：MSC是典型的成体干细胞，具有自我更新和分化为各种组织（中胚层和非中胚层衍生组织）的能力。最近，MSC显示可分化为毛细血管内细胞、心肌、骨骼肌、肝细胞、神经胶质细胞、胰岛素产生细胞和上皮细胞。

MSCs可以从胎儿沃顿氏胶质、成人骨髓、滑膜、脂肪组织、胎盘、心脏和肝脏中获取。从治疗的角度来看，由于易于制备，MSC也是一种很有前途的中枢神经系统疾病治疗工具。MSCs可由患者自行采集；因此，MSCs不会遭受免疫排斥和伦理问题。

与ES细胞相比，MSC本身不会形成畸胎瘤。然而，MSCs在与不同细胞功能相关的异质种群中增殖。

然而，使用MSCs进行的基于干细胞的治疗还存在未解决的问题。冯巴尔等人。建议的MSCs移植后尸检标本显示有限的长期植入和无异位组织形成的MSCs。MSCs不能具有神经替代功能。MSCs 介导的功能恢复可能是由神经营养因子引起的。此外，MSCs不能有效分化为神经组织。因此，从ES细胞或iPS细胞分化而来的神经干细胞可能适用于治疗神经系统疾病。

诱导多能干细胞：iPS细胞分别于2006年和2007年从小鼠和人体组织中建立。iPS 细胞可以使用逆转录病毒或慢病毒载体直接从成体细胞中产生，并通过将四种类型的基因（Oct3/4、c-myc、Sox2、Klf4）引入从小鼠和人类皮肤中采集的成纤维细胞来建立。

iPS细胞在中枢神经系统疾病领域具有广阔前景。产生ES细胞涉及操纵植入前阶段的胚胎。此外，很难创建与患者匹配的ES细胞系。由于iPS细胞可以直接来源于成人组织，因此它们可以由患者自己建立，这导致移植没有免疫排斥的风险。

Morizane等人证明了自体移植与来自大脑iPS细胞的多巴胺产生细胞的同种异体移植相比的优势。这项研究表明，与同种异体移植相比，自体移植在最大限度地减少大脑中小胶质细胞和T细胞的免疫反应方面具有优势。

干细胞移植治疗神经系统疾病：最近的研究

帕金森病

干细胞治疗帕金森病的临床前研究

帕金森病是一种由于大脑丧失而导致的长期退行性疾病。来自人类ES或iPS细胞的多巴胺能神经元被移植到大鼠和猴子帕金森病模型的纹状体中。产生多巴胺的神经元存活率极佳，功能得到改善且没有任何肿瘤形成，这表明帕金森氏病干细胞疗法正在取得进展。

来自帕金森病患者皮肤成纤维细胞的iPS细胞衍生的多巴胺能神经元在帕金森病大鼠动物模型中证明了移植细胞的长期存活和功能效应。最近，这项研究首次将人类iPS细胞应用于帕金森病灵长类动物模型。证明了2年内未形成任何肿瘤的功能效果和安全性。

干细胞治疗帕金森病的临床研究

1987年首次实现了胎儿中脑组织同种异体移植物替代帕金森病患者多巴胺能神经元的临床应用。然而，使用胎儿组织作为干细胞来源有伦理上的考虑。也很难获得足够的细胞体积用于移植。因此，ES细胞、MSCs和iPS细胞受到关注。

2015年使用同种异体骨髓来源的MSCs治疗特发性帕金森病 (NCT02611167) 进行了I期临床试验。本研究的目的是评估静脉注射同种异体骨髓间充质干细胞治疗的安全性、可行性和有效性。

2017年，一项I/II期临床试验开始评估帕金森病患者立体定向纹状体移植人胚胎干细胞衍生的神经前体细胞的安全性和有效性（NCT03119636）。

2018年，计划使用人类iPS细胞来源的神经干细胞进行临床试验，以治疗帕金森病患者（表2）。

表 2.正在进行和计划进行的临床试验。

ID	阶段	细胞	疾病	年龄	注册	完成日期	剂量	干涉	患者调节
NCT03119636	一/二	ES细胞来源的NSCs	帕金森病	50-80	50	2020年 12月	不适用	立体定向植入纹状体	Hoehn和Yahr Stage3或4处于关闭状态超过5年的历史多巴胺是有效还是一次没有免疫抑制药物
NCT02611167	Ⅰ	骨髓来源的间充质干细胞	帕金森病	45-70	20	2019年 11月	1,3,6,10× 106 /公斤	静脉	在左旋多巴OFF状态下修改的 Hoehn 和Yahr阶段为3或更少PD的诊断时间为4至7年。在筛选前至少 90天接受稳定的帕金森病对症治疗没有免疫抑制药物
规划	一/二	iPS细胞来源的细胞	帕金森病	不适用	不适用	不适用	不适用	不适用	不适用
NCT02833792	二	间充质干细胞	阿尔茨海默氏病	55-80	40	2018年6月	1.5×106 /公斤	静脉	在入组前至少3个月被诊断患有轻度至中度痴呆症12-24岁之间的迷你精神状态检查没有免疫抑制药物
NCT02600130	Ⅰ	骨髓来源的间充质干细胞	阿尔茨海默氏病	50-80	30	2019 年 10 月	2×107 , 1×108	静脉	简易精神状态检查得分在18到24之间使用乙酰胆碱酯酶抑制剂和/或美金刚治疗至少4个月没有免疫抑制药物
NCT02054208	Ⅰ/Ⅱa	脐带血来源的间充质干细胞	阿尔茨海默氏病	50-85	45	2019年7月	1或3×107	奥玛亚水库	根据 NINCDS-ADRDA 标准诊断可能的阿尔茨海默类型没有免疫抑制药物
NCT03268603	二	脂肪来源的间充质干细胞	肌萎缩侧索硬化症	年满18岁	60	2019年 12月	1×108	鞘内	持续时间少于两年的进行性运动无力慢性发作史允许利鲁唑天真的受试者没有免疫抑制药物
NCT02290886	一/二	脂肪来源的间充质干细胞	肌萎缩侧索硬化症	年满18岁	40	2021 年 2 月	1,2或4×106/公斤	静脉	疾病演变超过6个月且少于36个月获得至少50克脂肪组织的可能性在纳入前至少一个月用利鲁唑治疗没有免疫抑制药物
NCT03186456	Ⅰ	脐带血来源的间充质干细胞	脑梗塞	40-75	40	2018年5月	0.5或1×106 /kg	静脉	症状出现后2周内。接受阿司匹林肠溶片的基础治疗没有免疫抑制药物
NCT03176498	一/二	脐带血来源的间充质干细胞	脑梗塞	20-75	40	2018年2月	不适用	静脉	接受阿司匹林肠溶片和阿托伐他汀钙的基础治疗没有免疫抑制药物
NCT02481440	一/二	脐带血来源的间充质干细胞	脊髓损伤	18-65岁	44	2018 年 12 月	1×106/公斤	鞘内	美国脊髓损伤协会损伤量表AD受伤和入学之间的时间大于2周没有免疫抑制药物
NCT02574572	Ⅰ	骨髓来源的间充质干细胞	脊髓损伤	18-65岁	10	2020年6月	不适用	椎板切除术和移植	受伤至少12个月亚洲A级在颈椎水平，C5和C7之间没有免疫抑制药物
规划	一/二	iPS细胞来源的细胞	脊髓损伤	不适用	不适用	不适用	不适用	不适用	脊髓损伤亚急性期患者与免疫抑制药物
NCT02210624	Ⅰ	骨髓来源的间充质干细胞	脑损伤	18-75岁	4个	2018年 12月	1毫升/10公斤	鞘内	比格拉斯哥昏迷量表低7分事件发生后14天无氧脑损伤患者没有免疫抑制药物
规划	一/二	骨髓来源的间充质干细胞	脑损伤	不适用	不适用	不适用	不适用	不适用	脑损伤慢性期患者
NCT01172964	Ⅰ	具有 CD 的永生化克隆人 NSC 系	脑肿瘤	13岁以上	15	竣工（2017年11月）	不适用	手术和移植	经组织学证实，诊断为III级或IV级神经胶质瘤放化疗后复发或进展没有免疫抑制药物
NCT03252535	二	MSCs (Cellavita HD)	亨廷顿氏病	21-65岁	35	2020年4月	1或2×106/公斤	静脉	UHDRS量表的运动评估得分为5分或更高没有免疫抑制药物

阿尔茨海默氏病

干细胞治疗阿尔茨海默氏病的临床前研究

阿尔茨海默病的特征是大脑中淀粉样蛋白-β (Aβ) 斑块和神经原纤维缠结的沉积，这会导致记忆功能障碍和神经变性。将人类ES细胞移植到基底前脑受损的小鼠海马体后，源自人类ES细胞的内侧神经节隆起样祖细胞产生基底前脑胆碱能神经元 (BFCN)，其与内源性神经元突触连接。此外，这些祖细胞产生了γ-氨基丁酸 (GABA) 神经元，从而改善了记忆力。

干细胞治疗阿尔茨海默氏病的临床研究

三项临床试验（2014年的I期、2015年的I/IIa期和2016年的II期）已针对阿尔茨海默病进行，以评估同种异体人类MSCs在脑室内或静脉内对阿尔茨海默病痴呆症患者的安全性和耐受性（ NCT02054208、NCT02600130 和 NCT02833792)（表2）。

肌萎缩侧索硬化

干细胞治疗肌萎缩侧索硬化的临床前研究

肌萎缩侧索硬化症是一种进行性神经退行性疾病，会影响大脑和脊髓中的神经元。肌萎缩侧索硬化症的特征是肌肉僵硬和肌肉抽搐，导致说话、吞咽和呼吸困难。将人ES细胞衍生的运动神经元后代移植到大鼠肌萎缩侧索硬化模型中，导致植入、维持运动神经元和由胆碱乙酰转移酶阳性纤维引起的轴突投射。在其他报告中，移植的人类ES细胞衍生的运动神经元也增强了肌萎缩侧索硬化小鼠模型中宿主神经元的存活和运动功能。

干细胞治疗肌萎缩侧索硬化的临床研究

2014年开展了一项多中心I/II期临床试验，以评估静脉注射来自脂肪组织的自体MSCs治疗肌萎缩侧索硬化症患者的安全性 (NCT02290886)。

2017年，开始使用鞘内自体脂肪来源的 MSCs 治疗肌萎缩侧索硬化症的II期临床试验 (NCT03268603)。本研究的目的是确定在肌萎缩侧索硬化症患者中每3个月对MSCs的脑脊液进行鞘内注射治疗的安全性和有效性，共注射4次超过12个月（表2）。

亨廷顿病

干细胞治疗亨廷顿病的临床前研究

亨廷顿舞蹈病是一种遗传性疾病，会导致大脑中的神经细胞进行性破坏（退化）。从2000年代开始，基于干细胞的疗法已尝试用于亨廷顿病的动物模型。人类ES细胞衍生的纹状体祖细胞在异种移植到成年大鼠体内后显示分化为纹状体神经元。

目前还没有使用iPS细胞作为亨廷顿病干细胞疗法来源的报道。iPS细胞被用作细胞疾病模型系统，以了解亨廷顿病的发病机制和神经变性机制。

干细胞治疗亨廷顿病的临床研究

从1990年代开始，针对亨廷顿病患者进行了使用人类胎儿纹状体移植的细胞疗法。移植的纹状体细胞改善了亨廷顿病患者的行为体征。然而，这些效果存在争议，因为一些患者无法从移植的纹状体细胞中获得优势。基恩等人强调了第一次接受纹状体内人类胎儿神经移植的患者移植物过度生长的可能性。他们提出，亨廷顿病患者体内的特定微环境可能与胎儿神经移植后畸胎瘤的形成有关。需要进一步调查。

CellavitaHD基于干细胞的疗法是使用MSCs为亨廷顿氏病开发的。2017年一项II期临床试验旨在评估静脉注射Cellavita HD产品对亨廷顿病患者的剂量反应评估 (NCT03252535)（表2）。

脑梗塞

干细胞治疗脑梗塞的临床前研究

脑梗塞是由于向大脑供血和供氧的动脉闭塞而导致大脑中的坏死组织占据。缺血性中风通常表现为快速发作的神经功能缺损。来自小鼠ES细胞的移植神经干细胞 (NSCs) 显示移植并迁移到缺血区域，随后表达神经元和神经胶质标记。移植到小鼠缺血脑中的灵长类动物ES细胞来源的神经元祖细胞也显示出存活和分化，以及网络形成。

来自人iPS细胞的星形胶质细胞样和神经元样细胞可以改善运动功能，减少梗塞面积，减少炎症细胞因子，并在大鼠大脑中动脉闭塞模型中介导神经保护作用。赫曼托等人开发了用于从人类iPS细胞分化皮层神经元的无饲养层条件。这些iPS细胞在大鼠缺血模型中显示出对缺血区域的极化反应性。

干细胞治疗脑梗塞的临床研究

之前已经使用自体MSC进行了一些临床试验。

2011年，一项开放性研究支持了在12名灰质、白质和混合病变的脑卒中患者中静脉移植自体人MSC的可行性和安全性。移植后液体衰减反转恢复 (FLAIR) 的高强度损伤显着减少。12名患者中有11名的神经功能障碍得到显着改善。这一结果似乎是由生长和营养因子引起的，例如BDNF和血管生成刺激因子，包括血管内皮生长因子和来自管理的MSCs的血管生成素-1。

2016年使用骨髓来源的间充质干细胞 (SB623) 进行了I/IIa期临床试验，表明没有剂量限制性毒性或死亡。尽管欧洲卒中量表和美国国立卫生研究院卒中量表的值显着下降，但未观察到改良Rankin量表的值发生变化。

2017年进行的I期临床试验旨在确定静脉注射人脐带间充质干细胞 (NCT03186456) 治疗急性缺血性中风患者的安全性和有效性。

2017年进行的另一项I/II期临床试验使用静脉输注的人脐带间充质干细胞也针对脑梗死患者（NCT03176498）。一项III期临床试验使用自体MSCs进行，该MSCs从2013年开始在日本被静脉输注给患有亚急性动脉粥样硬化性脑梗死的患者（表2）。

脊髓损伤

干细胞治疗脊髓损伤的临床前研究

脊髓损伤是导致脊髓功能暂时或永久改变的损伤。在大鼠脊髓损伤模型中，源自小鼠ES细胞的神经胶质生成神经干细胞可有效促进亚急性期的恢复。步态分析表明，移植大鼠表现出后肢重量支撑和部分后肢协调性。可分化为神经元细胞和神经胶质细胞的次级神经球（不是第一神经球）对脊髓损伤更有效。

将人ES细胞衍生的少突胶质细胞祖细胞移植到成年大鼠脊髓损伤模型中可增强髓鞘再生并促进运动功能改善。静脉注射源自骨髓的大鼠MSCs改善了脊髓损伤的功能结果，包括改善了运动恢复。在脊髓损伤大鼠模型中静脉输注MSCs后，受伤区域出现广泛的髓鞘再生，皮质脊髓束和5-羟色胺能纤维的萌芽增加。

干细胞治疗脊髓损伤的临床研究

Geron Corporation在患有亚急性完全性胸脊髓损伤的患者中进行了使用源自人ES细胞的少突胶质祖细胞的I期临床试验。已开展I/II期临床试验，评估自体人骨髓细胞移植和粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）治疗35例完全性脊髓损伤患者的安全性和疗效。结果表明，骨髓细胞移植和GM-CSF给药与任何增加发病率的严重不良临床事件无关。

I期临床试验于2015年启动，旨在分析椎板切除术后自体骨髓间充质干细胞移植治疗颈椎慢性和完全性脊髓损伤患者的安全性和有效性（NCT02574572）。

此外，2015年一项旨在评估鞘内注射同种异体脐带来源的MSCs对脊髓损伤患者的安全性和有效性的I/II期临床试验。

2018年，一项使用人iPS细胞来源的神经干细胞的临床试验细胞计划用于治疗日本的亚急性脊髓损伤患者（表2）。

脑损伤

干细胞治疗脑损伤的临床前研究

创伤性脑损伤通常是由外部机械力引起的。与对照组相比，小鼠 ES 细胞来源的神经干细胞移植到受伤的大鼠大脑中能够实现功能恢复，并且在转棒测试和复合神经评分测试中有显着改善[ 92 ]。移植的 MSCs 通过细胞替换和营养因子的分泌进行内源性修复。在创伤性脑损伤的修复阶段，间充质干细胞表现出在神经原生态位和损伤部位之间建立生物桥梁的能力。

干细胞治疗脑损伤的临床研究

2014年进行了一项试点试验，以评估自体鞘内骨髓间充质干细胞治疗脑损伤患者的安全性和有效性 (NCT02210624)。SanBio 公司为一名慢性中风患者设计了改良的骨髓来源的间充质干细胞 (SB623)。SB623 细胞被认为是安全的，具有改善的临床结果。日本将进行一项使用SB623细胞治疗慢性脑损伤患者的临床试验（表2）。

脑肿瘤

干细胞治疗脑肿瘤的临床前研究

胶质母细胞瘤是最具侵袭性的脑肿瘤。由于脑肿瘤干细胞（BTSCs）具有浸润性生长、对辐射和抗肿瘤药物有抵抗力的特点，常规标准疗法（最大安全肿瘤切除术、辅助化疗和放疗）无法治愈。因此，必须对胶质瘤细胞和BTSC进行治疗以改善肿瘤控制。

基因疗法，例如基于细胞因子的疗法、自杀基因疗法和溶瘤病毒疗法，是预期的治疗方法。虽然一些使用病毒载体的基因疗法作为临床试验进行，但它们无法取得理想的结果。病毒载体不足以覆盖恶性胶质瘤的大侵袭区域。因此，干细胞可能是细胞因子、自杀基因或溶瘤病毒的细胞运载工具，以应对神经胶质瘤细胞。

中村等2004年首次使用大鼠MSCs作为大鼠恶性神经胶质瘤模型的细胞递送载体，移植了感染了编码人白细胞介素2 (IL-2) 的腺病毒载体的转基因MSCs。MSC迁移到对侧神经胶质瘤细胞，从而延长了存活期。

一些报告表明，使用人类神经干细胞作为细胞传递载体的HSVtk或CD 自杀基因治疗可以显着延长脑肿瘤小鼠模型的生存期。具有HSVtk或 CD的MSCs也显示出对小鼠恶性神经胶质瘤模型的抗肿瘤作用。NSCs 和MSCs均能均匀迁移至对侧肿瘤。先前已经报道了具有HSVtk的小鼠iPS细胞衍生的NSC，并显示出与上述相同的结果。迄今为止，尚未见使用人iPS细胞来源的NSCs的研究报道。

在脑肿瘤中，NSCs可能被认为是最有效的细胞载体，因为它们对大脑具有亲和力。NSCs不能与MSCs有效区分。MSCs 的长期植入也并不容易。

干细胞治疗脑肿瘤的临床研究

最近完成了一项使用NSCs和CD的试点试验，但结果尚未公布 (NCT01172964)。这是口服5-FC和表达大肠杆菌CD的转基因 NSC（食品和药物管理局批准的 HB1.F3.CDNSC）治疗复发性高级别神经胶质瘤的初步可行性研究（表2）。

已经有几项临床试验使用干细胞作为恶性神经胶质瘤的细胞递送载体。iPS细胞是有吸引力的工具，因为大量的NSC可以有效地从iPS细胞中分化出来。iPS细胞的出现有可能加速使用神经干细胞作为恶性神经胶质瘤细胞传递载体的基因治疗。

三、未来方向

干细胞具有自我更新和分化成各种类型细胞的能力。此外，一些干细胞可以分泌神经营养因子来保护组织，并可以迁移到受损区域进行组织修复。它们还可以用作细胞因子、基因或病毒的细胞传递载体。因此，基于干细胞的疗法是一种很有前途的方法。

有许多使用MSCs的临床前/临床研究，因为MSCs很容易从成人组织中收获，可以防止免疫排斥反应，并且形成畸胎瘤的风险低。然而，使用MSCs存在未解决的问题，特别是对于神经系统疾病。MSCs介导的功能恢复可能是由唯一的神经营养因子引起的。此外，MSCs不能有效分化为神经组织。因此，从ES细胞或iPS细胞分化而来的神经干细胞可能适用于神经系统疾病。

需要对哪种类型的干细胞适用于神经系统疾病进行比较分析。尽管仍需要研究最佳剂量、分化状态、给药方式和潜在治疗机制等技术障碍，但干细胞在治疗人类神经系统疾病方面显示出潜力。

参考资料：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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