《神经科学前沿》：干细胞疗法可能作为改善听力损失的潜在疗法
1970-01-01 08:00来源：人参果细胞网 作者：
听力障碍是一个全球性的健康问题。干细胞疗法已成为组织再生的前沿方法。在这篇综述中，讨论了干细胞治疗听力损失的最新进展。纳米材料可以调节干细胞微环境，进一步增强治疗效果。纳米材料与干细胞相结合修复和再生受损内耳毛细胞（HC）和螺旋神经节神经元（SGN）的潜力也得到了讨论。
干细胞来源的外泌体有助于受损组织的修复和再生，近日，安徽医科大学第二附属医院在《神经科学前沿》期刊杂志发表了一篇《干细胞作为听力损失的潜在疗法》并总结了基于外泌体的听力损失治疗的研究进展。尽管干细胞疗法存在技术和实践上的局限性。
听力障碍是全世界最普遍的感觉障碍之一，影响数百万人。助听器和人工耳蜗无法恢复正常听力，需要新的治疗方法。多年来，干细胞疗法因其巨大的再生潜力而受到广泛关注。
根据听觉系统损伤的部位，耳聋分为传导性耳聋和感音神经性耳聋。传导性耳聋是由于鼓膜和听结节的病变阻碍声音传输到内耳而发生的。另一方面，感音神经性耳聋主要是听觉中枢（包括内耳和听神经）病变的结果。HC和SGN对于传输外围声信号至关重要。然而，哺乳动物耳蜗HC在受伤后不会自发再生。感音神经性耳聋的原因包括噪音、衰老、药物引起的听力损失、遗传、细菌和病毒感染、免疫性疾病和内淋巴液（梅尼埃病）。目前，诱导干细胞分化以及替换受损的HC和SGN越来越被认为是听觉再生的可行治疗选择。
由于干细胞具有分化成多种细胞类型和修复受损组织的能力，因此可能为听力损失提供有前景的治疗选择。ESC、iPSC和ASC已经过测试用于治疗听力障碍。然而，每个品种在不同的未来潜在适用性和免疫原性方面都有优点和缺点（图1）。在听力损失研究中，干细胞已成功在体外生成HCL。
图1.针对干细胞治疗听力障碍的机制。1)ESC能够分化成类似于SGN、SC和HC的类型，提供潜在的替代策略。
2)可以通过刺激听力损失患者的iPSC发育为HCL来实现特定策略。
3)间充质干细胞分泌一系列生长因子和细胞因子，可能有助于预防听力损失。
4)NSC与纳米材料有望预防听力损失。
5)内耳前体细胞能够被刺激发育成HC和SGN，为再生提供了另一种途径。
6)源自干细胞的外泌体显示出预防感音神经性听力损失的潜力。
最近的研究表明，利用三维培养系统， hESCs可以在体外分化为含有HCs的耳蜗感觉上皮细胞。此外，hESCs还被分化为纯化的耳神经前体细胞和螺旋神经节样细胞，这些细胞可以在体外长时间存活。通过选择性白喉毒素诱导的HC消融，将hESC衍生的前体细胞移植到Pou4f3DTR/+小鼠的耳蜗区域，可存活并分化为HC样和SC样细胞。这些发现表明hESC可能是治疗听力障碍的潜在方法，值得进一步研究。
最近，iPSC被认为是治疗耳聋的潜在生物疗法。来自健康状况良好的捐献者的人尿细胞的IPSC分化为具有内耳HC形态和电生理特征的HCL。这些HCL与共培养的SGN建立了突触连接。此外，移植的iPSC迁移至常驻HC的Corti位点器官，分化为HCL，并与天然SGN建立突触联系。来自肌球蛋白7a和肌球蛋白15a患者的体细胞突变也被重新编程到iPSC中，并使用基因编辑技术纠正突变。恢复iPSC中的基因功能使分化的HCL能够恢复形态和功能。总体而言，这些发现提供了新颖的见解，并强调了iPSC在治疗听力损失方面的潜在治疗用途。
尽管ESC和iPSC可以分化为内耳HC，但由于存在致瘤风险，它们在医学上的应用受到限制。将成纤维细胞直接重编程为内耳的HCL可能是一种可行的替代方案。在亚急性鼓膜穿孔大鼠模型中，生物打印的聚己内酯/胶原/海藻酸盐-间充质干细胞支架已证明对亚急性鼓膜再生的有效性和可行性。BM-MSC还被证明可以促进慢性鼓膜穿孔大鼠模型的愈合。在骨侵蚀的情况下，其他小骨或软骨可用于手术恢复听力。此外，间充质干细胞在治疗传导性听力损失方面也表现出了良好的前景。
近年来，人们在通过诱导受损听觉HC和SGN再生来治疗感音神经性听力损失方面做出了巨大努力。纳米材料和干细胞的结合是一种有前途的改善听力损失的方法，它将干细胞的增殖能力与纳米载体的组织靶向能力结合起来。多项研究表明，干细胞和纳米材料可以通过加速受损组织的修复来支持听觉再生。
HC和支持细胞(SC)是由共同的感觉祖细胞产生的重要内耳成分。内耳祖细胞是具有自我更新能力的多能细胞，在适当的诱导条件下可以分化为HC。在胚胎发育过程中，信号通路调控在柯蒂氏器的形成中起着至关重要的作用。Wnt通路的激活和Notch通路的抑制促进HCs的部分再生。Lgr5是Wnt通路的受体，也是耳蜗干细胞的标志物。在特定条件下，表达Lgr5的支持细胞可以在出生后转分化为HC。此外，Sox2对于发育过程中的细胞分裂和分化至关重要。Sox2单倍体不足小鼠的内耳上皮细胞显示出分化和增殖增加，导致HC和SC扩大，并最终实现耳蜗功能的再生。Sox2单倍体不足还会激活耳蜗Wnt通路，进一步增强再生。
一类称为外泌体的小细胞外囊泡，直径范围在30至150nm之间。许多细胞，例如免疫细胞、癌细胞和干细胞，都可以分泌外泌体。源自不同细胞类型的外泌体具有高度异质性。然而，干细胞来源的外泌体具有多种修复组织损伤的机制，包括促进细胞增殖和存活、增强血管生成以及抑制炎症和氧化。（图2）。
图2：外泌体在听力保护中的潜在用途示意性模型显示了由干细胞形成的外泌体的分子组成，其中包括多种货物分子，例如DNA、RNA和蛋白质。当MVB的脂质双层膜经历向内出芽过程时，外泌体就会形成。这些MVB可以被溶酶体降解，也可以与质膜结合，释放外泌体。
外泌体将囊泡的负载（例如脂质、蛋白质和其他分子）递送至目标细胞。研究表明，这些外泌体可以通过激活特定的信号通路来促进受损组织的再生，调节细胞免疫反应并减少细胞炎症反应。干细胞衍生的外泌体可以帮助神经元和突触再生，减轻神经退行性疾病的症状。此外，外泌体在耳蜗感觉HCs保护中发挥着重要作用。
外泌体也被证明可以预防药物引起的听力损失。例如，通过HSP70途径响应顺铂和其他药物，BM-MSC分泌的外泌体减少了小鼠耳蜗HC的凋亡。
尽管多项细胞和动物研究已经证明干细胞治疗耳聋的安全性和可行性，但基于干细胞治疗耳聋的临床试验仍然很少。α-甘露糖苷酶缺乏症是一种罕见的遗传性疾病，可导致多器官功能障碍和认知缺陷。
一项临床研究表明，五名α-甘露糖苷酶缺乏症患者在移植同种异体造血干细胞后症状明显改善。血细胞、神经细胞和心肌细胞可以从脐带干细胞分化而来。
国家科技部重大科技项目《干细胞治疗感音神经性耳聋的临床基础研究》于2012年正式启动。浙江大学生命科学学院研究团队经过4年研究，试着通过干细胞移植实现内耳毛细胞再生和功能重塑，从而达到治疗感音神经性耳聋的目的。这一研究成果在国际学术刊物《细胞死亡与分化》（CellDeathandDifferentiation）和《干细胞转化医学》（StemCellsTranslationMedicine）上发表，引发学术界热议，被认为给遗传性听力障碍患者带来一丝新的希望。
2018年，美国CordBloodRegistry脐带血库公布了采用自体脐带血治疗儿童获得性感音神经性耳聋（SNHL）的临床研究积极结果。该研究在11例6个月至6岁获得性SNHL儿童患者中开展，评估了静脉输注自体脐带血的安全性和初步疗效。研究结果显示，输注自体脐带血安全、可行且耐受性良好，45%的患者在输注后听觉脑干反应表现出显著改善（p＜0.05）。
此外，间充质干细胞来源的外泌体显着抑制促炎因子TNF-α、IL-1β和iNOS的表达，同时促进抗炎因子IL-10的表达，从而抑制炎症。
在2021年结束的一项临床试验中，将人脐带间充质干细胞来源的细胞外胶囊移植到内耳，减少了人工耳蜗植入引起的炎症副作用。
本综述讨论了MSC、ESC、iPSC、内耳祖细胞和NSC在听觉损伤修复和再生中的应用现状。间充质干细胞易于获取和扩增，因此是最常用的干细胞类型。ESC和iPSC具有很强的分化潜力，但由于伦理和安全问题，其临床应用受到限制。能够分化为耳蜗HC和螺旋神经元的细胞是内耳祖细胞，是ASC的一种。
尽管多项临床前和临床研究已经证明干细胞在听觉障碍方面的治疗潜力，但干细胞疗法也存在一些显着的局限性，例如安全性和可行性。具体来说，干细胞移植存在移植后肿瘤发生和免疫排斥的风险，现有的干细胞递送方法会影响其治疗效率。此外，伦理问题也需要解决。
未来，干细胞的来源以及治疗的时间和细胞剂量将得到优化，越来越多的优质生物材料和靶向输送方式将被开发出来。总的来说，干细胞疗法是恢复听力损失的绝佳方法。
参考资料：FangQ,WeiY,ZhangY,CaoW,YanL,KongM,ZhuY,XuY,GuoL,ZhangL,WangW,YuY,SunJandYangJ(2023)Stemcellsaspotentialtherapeuticsforhearingloss.Front.Neurosci.17:1259889.doi:10.3389/fnins.2023.1259889
标签:干细胞治疗耳聋·干细胞疗法
