帕金森病干细胞疗法的现状和未来展望
1970-01-01 08:00来源：人参果细胞网 作者：
帕金森病(PD)是最常见、最复杂的神经退行性疾病之一，影响约0.3%的普通人群和1%–2%的65岁以上人群，其患病率在未来几年内将增加一倍或三倍随着发达国家人口老龄化的数十年。人口老龄化带来了巨大的社会经济负担，影响患者及其家人的生活质量，并给支持他们的医疗保健系统带来压力。
PD的标志之一是黑质致密部(SNpc)中的多巴胺能神经元进行性丧失，导致基底神经节内多巴胺缺乏，并出现典型的帕金森病运动症状（例如运动迟缓、震颤和强直），如以及许多非运动症状（例如抑郁、便秘、疼痛、泌尿生殖问题和睡眠障碍）。尽管多巴胺替代疗法（例如左旋多巴或多巴胺激动剂）仍然是帕金森病的一线治疗方法，并且使许多患者受益匪浅，但由于疗效下降和副作用增加（例如运动障碍），其治疗窗受到限制。手术治疗已被证明可以成功缓解帕金森病的某些症状。其中，深部脑刺激（DBS）通常用作一种非破坏性治疗，通过在药物治疗无效时调节基底神经节失调的输出核，使PD患者的运动功能正常化。尽管有效，但DBS也存在实际缺点，包括费用较高、植入物感染的风险、植入硬件的腐蚀和/或迁移以及手术更换不可充电电池。
此外，还有一些与DBS可能的副作用相关的挥之不去的问题和担忧，例如认知恶化、言语障碍、抑郁、姿势不稳定和体重显着增加。此外，这些治疗方法仅提供对症治疗，到目前为止，没有任何可用的治疗方法能够减缓、停止或逆转疾病进展。
多能干细胞（PSC）具有两个显着特征，即自我更新性和多能性，使它们能够产生几乎任何细胞类型。人类PSC有两种主要类型：人类胚胎干细胞(hESC)和人类诱导多能干细胞(hiPSC)。由于其独特和非凡的功能，hESC和hiPSC都被认为是疾病建模和药物发现以及细胞移植方法的潜在工具。在过去的几十年里，hPSC衍生的功能神经元与内源性神经元的身份充分匹配，为PD的治疗提供了关键进展。
在这篇综述中，我们将讨论干细胞治疗帕金森病的背景和最新进展，涵盖胎儿组织、hESC和hiPSC的使用。
PD是一种多因素神经退行性疾病，由衰老、遗传和环境因素复杂的相互作用引起。PD病理学的标志是SNpc中A9型中脑多巴胺能(mDA)神经元(mDAN)以及含有α-突触核蛋白的路易体和路易神经突的逐渐丧失。这种损失导致的黑质纹状体多巴胺通路的渐进性损伤被认为是帕金森病主要运动症状的原因。这种理解引领了细胞疗法的新时代，重点是用多巴胺产生细胞替代失去的多巴胺能神经支配，包括来自异种或流产的人类胎儿组织的腹侧中脑多巴胺神经元作为细胞来源。大量积累的数据表明，胎儿细胞移植具有显着且长期从PD病理中恢复的潜力，为细胞替代疗法提供了“概念验证”。图1）。
我们将在下面更详细地讨论干细胞疗法治疗帕金森病的从实验室到临床的进展。
图1：帕金森病(PD)细胞替代疗法的潜在细胞来源比较。从6-9周大的流产人类胚胎中获得的胎儿腹侧中脑细胞的移植为支持PD细胞替代疗法提供了概念证明。然而，使用流产的人类胚胎引起了伦理和实际问题。人胚胎干细胞(hESC)是生产mDAP的替代和可再生细胞来源，但存在与长期维持相关的有害突变积累的风险，并且需要免疫抑制以防止移植排斥。可以根据质量评估（例如，无致瘤性或毒性），并可作为治疗PD患者的通用来源，尽管需接受免疫抑制方案。虽然源自患者体细胞的hiPSC可能是最佳细胞来源，允许自体细胞移植而不会出现任何免疫排斥问题，但它需要额外的时间和费用。
Lindvall等人于20世纪80年代初进行的开放标签研究。首先表明，将从胎龄8-9周流产的人类胚胎中获得的人类胎儿中脑多巴胺能神经元移植到PD患者的纹状体中，可以在人脑中存活，并导致严重僵硬、运动迟缓、以及患者病情的波动。这可能是通过恢复纹状体多巴胺能传递而发生的，揭示了使用胎儿组织进行细胞移植治疗的前景。
随后，类似的开放标签研究在世界范围内进行，结果表明，一些患者在长达二十年的时间里获得了症状缓解和正常多巴胺信号的恢复。几项后续研究显示，尸检证据表明，移植的胎儿组织支配宿主纹状体，并在移植后24年内广泛生长。
然而，两项NIH资助的双盲、假对照临床试验的结果未能提供统计学上显着的改善，56名移植患者中有18名（32%）甚至出现不良反应，大多是病因不明的移植物诱发的运动障碍。这种运动并发症的一个可能的解释来自对胎儿细胞移植患者的体内成像研究，这些患者的结局不佳，显示共同移植的血清素能神经元释放不受调节的多巴胺。
尽管最初对这种方法的热情因这些不令人满意的临床结果而受到挫伤，并且随后在2000年代初暂停了胎儿细胞移植，但从这些胎儿细胞移植研究中吸取的经验教训表明，PD细胞治疗策略的进步可能会改善患者生活质量的潜力。为了实现这一想法，该领域的多个团体发起了“G-ForcePD”联盟，合作开发临床应用的标准化细胞移植程序。
据此，RogerBarker及其同事发起了一项新的欧洲试验，使用人类胎儿腹侧中脑(fVM)组织，称为TRANSEURO( www.transeuro.org.uk )，为PD患者开发一种有效且安全的方法。尽管长期随访研究表明，一些最初进行胎儿移植的患者获得了持续的运动症状缓解，证明了细胞移植疗法在治疗PD中的功效。
从fVM细胞的临床应用中吸取的重要教训促使研究人员探索替代细胞来源，包括具有分化成多种细胞谱系能力的多种干细胞类型。多种干细胞类型已在体外和体内得到鉴定和广泛表征。
1981年小鼠胚胎干细胞(ESC)的分离和建立彻底改变了生物学研究，并因其无限的自我更新和多能分化潜力而引起了特别的兴趣，能够产生身体的任何细胞类型。随后，汤姆森等人首先从人类囊胚中建立了hESC系，这种新的可扩展细胞来源作为胎儿组织的替代品，开启了临床应用转化研究的新时代。
截至撰写本文时，已有四项注册临床试验使用hESC衍生的多巴胺细胞或人孤雌生殖神经干细胞作为移植治疗的同种异体细胞来源（表格1）。其中，王等人于2017年启动了第一个使用hESC的临床试验（NCT03119636）。基于最近的临床前动物研究，美国Studer小组开展了一项1期临床试验，以确定同种异体WA09hESC衍生的mDA祖细胞(mDAP)(MSKDA01)治疗晚期PD患者的安全性和有效性(NCT04802733) 。
2017年，瑞典MalinParmar团队还计划启动一项欧洲临床试验（STEM-PD试验），使用源自人类ESC的同种异体mDAP（EudraCT2021-001366-38）。尽管使用hESC进行细胞替代治疗具有潜在益处，但这些hESC衍生细胞与胎儿组织是同种异体，需要免疫抑制以避免移植排斥。由于感染和副作用（例如发生恶性肿瘤）的风险增加，免疫抑制的条件和持续时间仍然存在争议，潜在的有害影响有待确定。
2006年，Takahashi和Yamanaka首次报道了他们的突破性工作，表明他们可以将终末分化的小鼠体细胞恢复到类似ESC的状态，此后称为“诱导多能干细胞”。这项研究后不久，山中伸弥的小组和其他两个小组使用相同或相似的重编程因子组成功地从人类体细胞中产生了hiPSC，为生成患者特异性hiPSC提供了前所未有的可能性，而无需考虑与破坏人类胚胎以获得人类ESC相关的伦理问题。hiPSC技术的出现为干细胞生物学和再生医学领域开创了一个令人兴奋的新时代，也为人类“培养皿中的疾病”模型和药物发现提供了一个有用的平台。
尽管历史较短，但使用基于自体hiPSC的个性化细胞疗法的治疗益处是显而易见的。首个评估自体hiPSC衍生细胞潜力的临床试验由日本小组于2014年发起。曼代等人首先将自体hiPSC来源的视网膜色素上皮（RPE）移植到视网膜下患有晚期新生血管性年龄相关性黄斑变性的患者中，据报道该治疗可改善患者的视力，证明了自体细胞疗法的潜力。截至撰写本文时，已经开展了3项使用hiPSC衍生细胞治疗PD患者的临床试验（表格1）。
其中，Schweitzer等人发表了一份开创性的病例报告。最近提出了自体细胞替代疗法的里程碑，因为他们展示了源自PD患者特异性hiPSC(IND17145)的mDAP自体移植的可行性。此外，另一项临床试验于2019年启动，测试自体神经干细胞对PD患者施用的功效（NCT03815071）。
然而，建立和表征患者特异性hiPSC的耗时费力的过程和高昂的成本被认为是个性化自体细胞替代疗法应解决的一大障碍。使用自体iPSC衍生细胞产品治疗一名患者的费用估计约为800,000美元。克服这些限制的一种可能性是使用基于同种异体iPSC的“现成”细胞疗法。这些人类白细胞抗原(HLA)匹配的细胞产品可以从共享最常见HLA类型的健康捐献者中建立，因此可以针对大量患者群体，这将显着减少每次治疗的时间和成本。
此外，冷冻保存可以进行严格的临床前研究，以确定将移植到人体中的hiPSC衍生细胞产品的批次特异性功效。此外，关键的安全问题，包括致瘤潜力、脱靶效应以及与手术输送设备的兼容性，可以通过在临床试验前评估冷冻保存的mDAP的质量来解决。与此相符的是，高桥日本发起了一项单组、非随机、开放标签1/2期研究，以评估同种异体hiPSC衍生的冷冻保存mDAP（与宿主具有不同程度的HLA匹配）治疗7名PD患者的安全性和有效性2018年（京都审判）（UMIN000033564）。然而，这些同种异体细胞移植需要患者接受免疫抑制剂药物，以防止受者可能出现的免疫排斥反应。
为了充分发挥基于hPSC的PD细胞疗法的潜力，移植细胞的安全性和有效性应该保持一致。应用hPSC衍生的mDAP作为治疗PD患者的通用治疗方法存在一些关键问题，如下所述：
一般来说，所有用于临床作为帕金森病患者长期治疗的细胞产品都需要比用于发育和机制研究的细胞更高的安全水平。主要应通过避免使用可能有害的病毒制剂和可整合或破坏宿主生理机能的遗传物质来确保移植细胞来源的安全。细胞移植治疗的第一步是识别和选择良好的干细胞来源，这需要考虑许多因素，包括hPSC的基因组完整性。使用已充分表征的hESC系（例如WA09hESC系）可能有利于同种异体细胞移植的目的，因为二十年来许多研究人员已在基础和临床前研究中使用并充分表征了这些细胞系。
从hPSC中选择性产生特定的mDA神经元群是hPSC衍生物临床应用于PD患者需要考虑的另一个问题。
确定要植入的最佳细胞数量是PD细胞移植治疗中应考虑的另一个关键因素，因为这可能因细胞类型和活力、给药途径以及症状缓解程度而异。
移植细胞中未分化PSC的潜在致瘤风险是与转化干细胞治疗相关的主要问题之一。
移植细胞/组织被宿主免疫反应排斥的可能性是干细胞移植治疗帕金森病的另一个主要障碍和担忧。如上所述，宿主免疫反应是影响同种异体细胞移植的主要障碍之一，异体细胞移植与自体移植有根本的不同。
细胞替代疗法的成功临床结果取决于接受者黑质纹状体多巴胺能系统的完整性。由于移植物在宿主纹状体中的适当神经再支配可能在PD功能恢复中发挥关键作用，因此移植前受体体内应存在功能充分的黑质纹状体系统。
考虑到PSC衍生细胞治疗PD的成功取决于植入的mDAN与宿主患者之间的免疫匹配，毫无疑问，自体hiPSC提供了理想且无限的细胞来源，可用于无需免疫的患者特异性治疗。拒绝的担忧。然而，尽管其有用，但从患者特异性体细胞生成和表征自体hiPSC以及扩增和表征足够数量的这些hiPSC以用于治疗用途的过程是耗时、费力且昂贵的。
除了细胞疗法之外，基因疗法也被广泛探索作为治疗帕金森病的一种选择。
干细胞研究领域的最新进展为对当前治疗策略难治的患者提供了新的治疗选择，为患者量身定制的造血干细胞可在体外和体内分化成多种类型的细胞。尽管仍存在上述技术和科学挑战，但越来越多的临床前和临床研究利用hPSC衍生物治疗包括帕金森病在内的人类神经退行性疾病。尽管取得了这些进展，但细胞移植治疗帕金森病仍存在一些问题。例如，罗恩-阿尔特曼博士（Dr.RonAlterman）最近对第一份描述自体mDAPs治疗帕金森病患者的病例报告提出了以下批评：
1）尽管第一阶段开放标签研究前景看好，但过去的细胞疗法试验均以失败告终；
2）安慰剂效应可能是导致试验失败的部分原因；
3）移植物诱发的运动障碍等副作用是试验失败的另一个原因；
4）细胞疗法并不能解决PD的所有潜在病理生理机制。
虽然这些批评的出发点是细胞疗法可能不会比目前已被证实的疗法（如DBS和多巴胺药物）更有效地控制症状，但目前这还不得而知，正在进行的研究将有助于澄清这一问题。尽管如此，干细胞疗法在概念上的优势在于，这种方法可减轻帕金森症状（如DBS或多巴胺药物疗法），恢复移植细胞与保留的宿主神经元之间的突触形成和多巴胺周转，挽救帕金森病患者的运动和非运动障碍。
此外，与20世纪90年代末的胎儿细胞移植方法相比，目前基于PSC的治疗方法还具有以下优势：
1）细胞重编程的新策略（包括使用诺贝尔奖获奖方法进行体细胞重编程）；
2）利用干细胞的实际能力，减少或消除移植排斥反应；
3）系统制造方法，生成临床级mDAPs，确保移植前的安全性和有效性。
虽然基于干细胞的帕金森病疗法有一些局限性（例如，多巴胺相关干细胞疗法可能无法纠正非多巴胺能病理学导致的所有已知帕金森病非运动症状；没有一种基于细胞的疗法已成功进行了三期临床试验），而且使用hPSC衍生物可能会继续引起人们对安全性和可行性的担忧，但人们已经并正在进行密集的科学努力，以改进和进一步优化基于hPSC的细胞治疗方法，使其更安全、更有效、成本更低。
为了将我们的发现转化为治疗运动型和非运动型帕金森病症状的新型治疗途径，我们必须继续努力，包括进行基础和临床研究，以加深对帕金森病病因的了解。此外，在这一领域进行大量的商业和政府投资对于克服实际限制（如制造mDAPs的成本）也很重要，这样才能使基于hPSC的细胞疗法成为一种可行的治疗方法，供大量帕金森病患者使用。
参考资料：ChaY,ParkTY,LeblancP,KimKS.CurrentStatusandFuturePerspectivesonStemCell-BasedTherapiesforParkinson’sDisease.JMovDisord.2023Jan;16(1):22-41.doi:10.14802/jmd.22141.Epub2023Jan12.PMID:36628428;PMCID:PMC9978267.
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