干細(xì)胞治療阿爾茨海默病的研究進(jìn)展及挑戰(zhàn)

張　喻，肇玉明，王曉良，彭　英(.天然藥物活性物質(zhì)與功能國家重點實驗室，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所，北京　00050;.首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理系，北京　00069)

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干細(xì)胞治療阿爾茨海默病的研究進(jìn)展及挑戰(zhàn)

張喻1，肇玉明2，王曉良1，彭英1
(1.天然藥物活性物質(zhì)與功能國家重點實驗室，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所，北京100050;
2.首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理系，北京100069)

國圖書分類號: R-05; R322.81; R338; R617; R745.705.3

摘要:阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見的慢性進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，病理特征主要是細(xì)胞外淀粉樣蛋白沉積，細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)元纖維纏結(jié)以及神經(jīng)元丟失等，其中神經(jīng)元丟失是造成AD患者功能損傷的根本原因之一。目前對AD的治療多以緩解癥狀為主，而不能從根本上解決AD的病理特征。近年來，神經(jīng)再生理論的發(fā)展和干細(xì)胞體外培養(yǎng)的成功為AD的治療提供了一個嶄新的視野。目前，干細(xì)胞來源主要包括神經(jīng)干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞等。干細(xì)胞主要通過修復(fù)和替代受損神經(jīng)細(xì)胞、重建細(xì)胞環(huán)路和功能、神經(jīng)保護(hù)和營養(yǎng)支持、抑制淀粉樣蛋白的形成和調(diào)解免疫功能等發(fā)揮治療AD的作用。該綜述主要介紹外源性移植干細(xì)胞治療AD的研究進(jìn)展及挑戰(zhàn)，以及小分子化合物促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)再生的研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞:阿爾茨海默病;神經(jīng)再生;神經(jīng)干細(xì)胞;胚胎干細(xì)胞;骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞;誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞

網(wǎng)絡(luò)出版時間:2015－6－5 11:22網(wǎng)絡(luò)出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20150605.1122.001.html

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是老年性癡呆的最主要形式，第1例報道見于1907年，主要表現(xiàn)為記憶力減退、認(rèn)知功能障礙［1－2］。其病理特征有細(xì)胞外存在淀粉樣蛋白沉積(β-amyloid，Aβ)或稱老年斑(senile plaques)、神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)神經(jīng)元纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangle，NFT，主要成分為高度磷酸化的tau蛋白)、不同大腦區(qū)域的退行性改變(如基底前腦、杏仁核、海馬和皮層等區(qū)域出現(xiàn)多種神經(jīng)細(xì)胞丟失，尤其是膽堿能神經(jīng)元)［2－4］。目前，治療AD的藥物主要是膽堿酯酶抑制劑、NMDA受體拮抗劑，以及一些改善腦代謝的益智藥物。但只能在早期緩解癥狀，無法阻止AD的病情進(jìn)展［5－6］，且不能有效改善AD患者腦部神經(jīng)元的丟失［7］。據(jù)國際AD協(xié)會報道，到2050年，全球AD患者將增至1.15億［8］，因此尋找更為有效的治療藥物迫在眉睫。

神經(jīng)再生或神經(jīng)重建，即利用干細(xì)胞的分化能力，分化成新的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞，主要指成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)NSCs的存活、增殖和分化［9］。其研究范圍大致有四個方面:①神經(jīng)徑路截斷后的再接通，例如給予注入受損神經(jīng)組織的神經(jīng)干細(xì)胞以適當(dāng)刺激，使之分化為神經(jīng)組織的各種類型細(xì)胞，并對受損細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，從而完成受損神經(jīng)徑路的再通;②神經(jīng)細(xì)胞死亡后的神經(jīng)細(xì)胞補充，即涉及到神經(jīng)干細(xì)胞的移植;③中樞神經(jīng)損傷后的神經(jīng)保護(hù)，目的在于維持神經(jīng)徑路暢通及減少或預(yù)防神經(jīng)細(xì)胞死亡;④神經(jīng)輔助裝置及神經(jīng)康復(fù)器材的開發(fā)利用［10］?？傊?，整個神經(jīng)再生的工作以神經(jīng)干細(xì)胞移植治療為中心，覆蓋神經(jīng)科及醫(yī)學(xué)工程等各個方面，整體的研究結(jié)果應(yīng)用于臨床才能有效促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)的再生。

干細(xì)胞具有自我更新和高分化潛能，為AD的治療提供了新的思路。將體外擴增的神經(jīng)干細(xì)胞移植到腦內(nèi)，替代丟失或損傷的神經(jīng)細(xì)胞，修復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)，是干細(xì)胞治療AD的基本思路。治療AD的干細(xì)胞來源主要有［11］:組織特異性干細(xì)胞，如神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells，NSCs)和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)，還有胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cells，ESCs)，和誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)等。干細(xì)胞治療AD的可能機制是分化成神經(jīng)樣細(xì)胞，進(jìn)而替換丟失或損傷的神經(jīng)細(xì)胞、分泌營養(yǎng)因子、抗淀粉樣蛋白生成、及作用于炎性細(xì)胞等［12］。以下就干細(xì)胞(NSCs、ESCs、MSCs、iPSCs等)移植治療AD近幾年的研究進(jìn)展、機制及轉(zhuǎn)化為臨床運用的挑戰(zhàn)作一綜述。

1　干細(xì)胞移植治療AD

1.1神經(jīng)干細(xì)胞(NSCs)NSCs主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，具有自我更新和多向分化潛能，體內(nèi)外均可增殖并可分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞等細(xì)胞［13］，其遷移和播散能力強，作為細(xì)胞替代療法，可彌補AD患者腦部丟失的神經(jīng)元，是治療AD的理想細(xì)胞供體［14］。Park等［15］應(yīng)用海人酸(Kainic acid，一種神經(jīng)興奮性毒劑)注射到SD大鼠腦部海馬CA1區(qū)，引起其神經(jīng)元大量丟失而建立學(xué)習(xí)記憶功能障礙的AD模型，將過表達(dá)乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶的神經(jīng)干細(xì)胞移植到AD大鼠腦室內(nèi)，可明顯改善海人酸誘導(dǎo)的AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶障礙，并檢測到AD大鼠腦脊液中乙酰膽堿水平明顯升高。該結(jié)果顯示AD患者中膽堿能系統(tǒng)功能紊亂是造成認(rèn)知功能障礙的重要原因。在另一項研究［16］中也可得出相同結(jié)論，并且發(fā)現(xiàn)移植的NSCs可以遷移到不同的腦區(qū)(大腦皮層、海馬、紋狀體等)，并能分化產(chǎn)生神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞。

NSCs不僅能夠替代損傷或壞死的神經(jīng)細(xì)胞而重建神經(jīng)環(huán)路，NSCs還能通過促進(jìn)神經(jīng)營養(yǎng)因子的釋放發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。BDNF有助于神經(jīng)存活，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化，促使其成熟［17］。Blurton-Jones等［18］利用3xTg-AD(過表達(dá)APP、早老素和tau蛋白的AD動物模型)研究NSCs移植對AD神經(jīng)病理和認(rèn)知功能障礙的影響，結(jié)果顯示NSCs移植沒有改變3xTg-AD小鼠中Aβ和tau蛋白的病理狀態(tài)，而是通過增加3xTg-AD小鼠海馬中的突觸密度和BDNF的含量明顯改善3xTg-AD小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力。

神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)可以增強基底前腦膽堿能神經(jīng)元的存活和功能［19］。Lee等［20］利用ICR小鼠海馬內(nèi)注射鵝膏蕈氨酸造成大量神經(jīng)元丟失而建立的AD模型，海馬內(nèi)移植過表達(dá)NGF的NSCs可以明顯增強鵝膏蕈氨酸誘導(dǎo)的AD小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，并發(fā)現(xiàn)移植的NSCs能夠轉(zhuǎn)移到腦部不同區(qū)域，并分化產(chǎn)生神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞。該研究表明，過表達(dá)NGF的NSCs可以改善AD小鼠的學(xué)習(xí)記憶缺失，另有研究也表明將過度表達(dá)乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶的NSCs移植到18月齡♂ICR小鼠腦中，移植4周后觀察到老齡小鼠的認(rèn)知能力和身體活動能力明顯增強，腦內(nèi)不僅乙酰膽堿水平升高，并且BDNF和NGF含量也明顯性增加，同時TrkB及微管相關(guān)蛋白2(MAP2)表達(dá)升高［21］。該結(jié)果表明過表達(dá)膽堿轉(zhuǎn)移酶的NSCs增加老齡鼠的認(rèn)知功能和活動能力，不僅是通過升高乙酰膽堿的水平，也可能通過提高BDNF和NGF而恢復(fù)膽堿能神經(jīng)的完整性。

1.2胚胎干細(xì)胞(ESCs)ESCs是一種全能細(xì)胞，具有很強的增殖能力，并能分化產(chǎn)生各類細(xì)胞。體外對小鼠ESCs培養(yǎng)的研究表明，由ESCs分化而來的神經(jīng)前體細(xì)胞(Neural progenitor cells，NPCs)在無血清培養(yǎng)條件下，可以擴增并分化產(chǎn)生神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞［22］。直接移植ESCs到AD動物模型中會導(dǎo)致畸胎瘤的產(chǎn)生。但是Tang等［23］研究證實，移植ESCs來源的NPCs到AD模型鼠中，產(chǎn)生安全有效的治療效果。實驗中通過向Wistar大鼠的腦部齒狀回中注射Aβ1－40而造成海馬DG區(qū)大量神經(jīng)元丟失，從而建立AD模型，將表達(dá)綠色熒光蛋白(green fluorescent protein，GFP)的ESCs誘導(dǎo)分化產(chǎn)生的NPCs移植到Aβ?lián)p傷的海馬中，結(jié)果顯示NPCs能明顯增強AD大鼠的空間認(rèn)知功能并且不會導(dǎo)致腫瘤形成。

Wang等［24］將來源于小鼠ESCs的神經(jīng)球移植到AD模型小鼠的額葉和頂葉皮層，空白對照組移植ESCs細(xì)胞，結(jié)果顯示移植ESCs細(xì)胞神經(jīng)球的AD小鼠學(xué)習(xí)記憶能力增強，并且在神經(jīng)球移植的腦區(qū)乙酰膽堿能神經(jīng)元增加，但是移植ESCs細(xì)胞的空白對照組小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力反而下降，并發(fā)展成畸胎瘤。該研究證明移植ESCs細(xì)胞來源的神經(jīng)球到前額葉和頂葉皮層能明顯改善AD小鼠的膽堿能神經(jīng)缺陷及記憶能力障礙，而ESCs細(xì)胞則沒有此效果。Wicklund等［25］發(fā)現(xiàn)NGF能夠促進(jìn)人類ESCs細(xì)胞向膽堿能神經(jīng)元和GABA能神經(jīng)元分化。

此外，人類ESCs細(xì)胞不僅在治療AD方面具有巨大潛能，并且也可用于AD發(fā)病機制的研究。例如Freude等［26］利用過度表達(dá)APP蛋白的人類ESCs細(xì)胞發(fā)現(xiàn)過度表達(dá)的APP能促進(jìn)多能干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞分化，實驗中證實了APP水解產(chǎn)生的兩個可溶性片段(αAPPs和βAPPs)能促使人類ESCs細(xì)胞的神經(jīng)分化，并具有濃度依賴性。

1.3骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)MSCs也稱為骨髓基質(zhì)細(xì)胞，在特定條件下能夠被誘導(dǎo)分化產(chǎn)生各種細(xì)胞類型，像骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等［27］。所以MSCs可以作為移植治療的細(xì)胞來源。Dezawa等［27］發(fā)現(xiàn)在MSCs中轉(zhuǎn)染Notch胞內(nèi)區(qū)域并隨后給予營養(yǎng)因子培養(yǎng)，可使MSCs分化產(chǎn)生大量神經(jīng)元。臨床實驗中多使用來自病人的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(autologous bone marrow MSCs，BMSCs)和臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(umbilical cord blood MSCs，UCBMSCs)［12］。

不同于其他干細(xì)胞治療AD，MSCs移植能夠促進(jìn)Aβ的清除。Lee等［28］將BMSCs移植到APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因AD小鼠腦內(nèi)，發(fā)現(xiàn)AD小鼠腦內(nèi)Aβ沉積明顯下降，并下調(diào)過度磷酸化tau蛋白的表達(dá)，明顯增強AD小鼠的認(rèn)知和記憶能力。該研究表明MSCs能夠調(diào)節(jié)AD小鼠腦內(nèi)的免疫炎癥反應(yīng)，減輕病理狀態(tài)，并改善Aβ沉積引起的認(rèn)知功能障礙。自噬途徑可以降解功能障礙的細(xì)胞器或異常折疊的蛋白質(zhì)，自噬系統(tǒng)功能紊亂會導(dǎo)致Aβ沉積。最近一項研究發(fā)現(xiàn)［29］將Aβ處理過的神經(jīng)細(xì)胞與MSCs共培養(yǎng)，MSCs可以增強Aβ處理過的神經(jīng)細(xì)胞的自噬作用，促進(jìn)其Aβ的清除而表現(xiàn)出神經(jīng)保護(hù)作用;在Aβ誘導(dǎo)的AD小鼠模型中，給予MSCs能明顯促進(jìn)AD小鼠自噬體的形成、成熟及與溶酶體的融合，降低AD小鼠海馬中Aβ沉積，并增強海馬神經(jīng)元的存活。該結(jié)果表明MSCs能促進(jìn)AD模型鼠中自噬溶酶體的形成和Aβ的清除。

Zhang等［30］從人類臍帶中分離出成纖維樣的細(xì)胞，并證實為臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(UCB-MSCs)。實驗中發(fā)現(xiàn)人的UCB-MSCs在神經(jīng)誘導(dǎo)培養(yǎng)基中培養(yǎng)14 d，并給予海馬膽堿能神經(jīng)刺激肽(hippocampal cholinergic neurostimulating peptide)，人的UCB-MSCs可以表達(dá)乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶。表明人的UCB-MSCs可以分化產(chǎn)生功能性膽堿陽性細(xì)胞，人的UCBMSCs可作為細(xì)胞移植治療AD的細(xì)胞來源。

1.4誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞(iPSCs)iPSCs細(xì)胞是通過基因轉(zhuǎn)染技術(shù)將4種轉(zhuǎn)錄因子Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc導(dǎo)入成人體細(xì)胞，使之重構(gòu)成胚胎干細(xì)胞樣的多潛能細(xì)胞［31］。ESCs移植會因供體和受體之間免疫系統(tǒng)的不兼容性而導(dǎo)致的免疫排斥反應(yīng)，iPSCs直接來源于病人體細(xì)胞，理論上以iPSCs移植為基礎(chǔ)的治療方法不產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)，也不會引發(fā)倫理問題。但是，Zhao等［32］利用移植性畸胎瘤模型發(fā)現(xiàn)，將來自于C57BL/6小鼠的ESCs同源移植到C57BL/6小鼠體內(nèi)形成畸胎瘤模型而不會發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，相比之下，同源移植iPSCs在形成的畸胎瘤中可以明顯觀測免疫排斥反應(yīng)造成的組織損傷和衰退。研究證明同源移植iPSCs可能引發(fā)T細(xì)胞依賴性的免疫排斥反應(yīng)。而另一項研究發(fā)現(xiàn)［33］同源移植iPSCs分化產(chǎn)生的細(xì)胞，體外實驗中并未檢測到T細(xì)胞的增殖，也未誘發(fā)抗原特異性的二次免疫反應(yīng)，該研究認(rèn)為，自體來源iPSCs分化的細(xì)胞可用于細(xì)胞替代療法而不會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。這些研究表明在臨床應(yīng)用前檢測iPSCs的免疫原性是非常關(guān)鍵的。

iPSCs直接來源于病人自身體細(xì)胞，可用于建造AD模型、研究AD細(xì)胞病理機制、并用作藥物篩選平臺。常染色體主導(dǎo)的早發(fā)型家族性AD(FAD)始發(fā)因素是PS1和PS2的突變，Yagi等［34］從在PS1(A246E)和PS2(N141I)位點突變的FAD病人的成纖維細(xì)胞中誘導(dǎo)得到iPSCs，并將其分化成神經(jīng)元。實驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AD-iPSCs分化產(chǎn)生的神經(jīng)元中，Aβ42分泌明顯增加。該研究證實了FAD-iPSCs來源的神經(jīng)元可作為有效的FAD模型。利用來自于人的iPSCs作為AD模型，Yahata等［35］將人的iPSCs細(xì)胞分化成能表達(dá)APP蛋白、β-分泌酶、γ-分泌酶的神經(jīng)細(xì)胞，該神經(jīng)細(xì)胞可在條件培養(yǎng)基中分泌Aβ，實驗中利用該神經(jīng)細(xì)胞篩選3種抗Aβ的藥物，即β-分泌酶抑制劑、γ-分泌酶抑制劑和非甾體類抗炎藥物(NSAID)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3種藥物對于分化38 d、52 d的iPSCs表現(xiàn)出不同效果，在分化38 d和52 d的iPSCs中，β-分泌酶抑制劑和NSAID均能夠降低Aβ40和Aβ42的產(chǎn)生，并具劑量依賴性。但γ-分泌酶抑制劑在低劑量時即可明顯降低分化38 d的iPSCs中Aβ的產(chǎn)生，而在分化52 d的iPSCs中γ-分泌酶抑制劑需要在更高劑量才能降低Aβ的產(chǎn)生。

Sproul等［36］獲得在PS1(A246E)位點突變的FAD病人的成纖維母細(xì)胞，通過將4種轉(zhuǎn)錄因子Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc導(dǎo)入其中而產(chǎn)生伴有PS1突變的iPSCs(即PS1-iPS)，并由PS1-iPSCs細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生NPCs，實驗中發(fā)現(xiàn)，與相對應(yīng)的空白對照組相比，在PS1-成纖維母細(xì)胞和PS1-NPCs中Aβ42/Aβ40的比值明顯增加，并且Aβ42/Aβ40比值的增加在PS1-NPCs中更為明顯;研究中利用指紋圖譜技術(shù)分別對未分化的和分化14 d的iPSCs細(xì)胞進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，與空白組NPCs相比，在PS1-NSCs中鑒定出14個基因表達(dá)方式發(fā)生改變，其中在晚發(fā)型AD的病理大腦中通過實時定量PCR驗證5個基因中有差異表達(dá)，盡管如此，要確定基因差異表達(dá)是否在AD中發(fā)揮重要作用仍需要在人類細(xì)胞和動物模型上得到進(jìn)一步驗證。

Duan等［37］將基因型為ApoE3/E4的散發(fā)性AD(SAD)患者(AD-E3/E4)的成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生iPSCs作為SAD模型，將在PS1位點突變的FAD患者的成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生iPSCs作為FAD模型，年齡相匹配的健康人的成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生的iPSCs作為空白組。實驗中將iPSCs誘導(dǎo)分化成基底前腦膽堿能神經(jīng)元(basal forebrain cholinergic neurons，BFCNs)，結(jié)果中發(fā)現(xiàn)AD-E3/E4來源的BFCNs中Aβ42/Aβ40明顯增加，即表現(xiàn)出AD患者典型的生化特征;在給予低劑量的γ-分泌酶抑制劑后，空白組和FAD的BFCNs中的Aβ分泌均下降，而AD-E3/E4的BFCNs中的Aβ分泌卻上升;實驗中還發(fā)現(xiàn)AD-E3/E4的BFCNs對神經(jīng)毒性導(dǎo)致的細(xì)胞死亡更為敏感，在谷氨酸刺激下，AD-E3/E4的BFCNs胞內(nèi)游離鈣增加。

2　干細(xì)胞移植治療AD所面臨的挑戰(zhàn)

早在一個世紀(jì)前，AD便已被人類認(rèn)識，但至今仍未闡明其病因。雖然干細(xì)胞的應(yīng)用為治療AD提供了廣闊的前景，但是干細(xì)胞用于臨床治療受多方面的限制，目前干細(xì)胞治療AD的研究多限于動物模型，真正在臨床上用于治療人的AD，仍然面臨諸多難題，比如干細(xì)胞(NSCs、ESCs、MSCs、iPSCs等)均具有分化成各種神經(jīng)細(xì)胞的潛能，如何選擇最佳干細(xì)胞類型用于AD的細(xì)胞療法，如何確定干細(xì)胞的移植劑量、移植位點，如何使移植的干細(xì)胞整合融入宿主的神經(jīng)系統(tǒng)循環(huán)，如何評價干細(xì)胞的長期療效、潛在副作用及安全性等問題［12，38］。

2.1選擇最佳供體干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞主要來源于胚胎、新生兒和成人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，人類神經(jīng)干細(xì)胞的來源有限且異體移植存活率低，均造成其數(shù)量受到限制，并引發(fā)倫理道德問題;以及如何在病變部位定向誘導(dǎo)NSCs分化為膽堿能神經(jīng)元等問題也制約了NSCs用于AD臨床治療。盡管轉(zhuǎn)染乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶的人永生化的神經(jīng)干細(xì)胞系(HB1.F3)移植到AD模型腦中，已被證明是安全有效的［16］，但臨床應(yīng)用人永生化的神經(jīng)干細(xì)胞系治療AD還需要進(jìn)一步的研究和確認(rèn);此外，NSCs的供體(如供體年齡、胎齡或來自中樞神經(jīng)的不同區(qū)域等)會嚴(yán)重影響NSCs為基礎(chǔ)的細(xì)胞療效［38－39］，例如胎兒來源的NSCs和ESCs的增殖速度較成年NSCs快，而在分化成某一類型的神經(jīng)細(xì)胞方面則是成年NSCs更具優(yōu)勢［38］。將患者的組織細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生干細(xì)胞進(jìn)行自體移植，是替代療法中最有效、副作用最少的一種方法。最近研究發(fā)現(xiàn)，人的MSCs能夠分化產(chǎn)生各種類型的細(xì)胞，并有研究證實MSCs體內(nèi)移植能分化產(chǎn)生神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，但是目前誘導(dǎo)人的MSCs細(xì)胞產(chǎn)生神經(jīng)系細(xì)胞的技術(shù)仍未發(fā)展成熟［39］。ESCs細(xì)胞因為具有多向分化潛能而被認(rèn)為是細(xì)胞替代療法重要的細(xì)胞來源，但是它涉及到的倫理問題、排斥反應(yīng)以及導(dǎo)致畸胎瘤的產(chǎn)生，嚴(yán)重阻礙其在臨床上的應(yīng)用。iPSCs細(xì)胞由成人體細(xì)胞重組而得，可以最大程度避免免疫學(xué)的組織不相容性，然而技術(shù)限制，目前產(chǎn)生AD病人特異性的iPSCs細(xì)胞效率較低，并且臨床應(yīng)用iPSCs可能會像ESC一樣導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，這些都阻礙了以iPSCs為基礎(chǔ)的細(xì)胞療法在臨床實驗中的應(yīng)用［40］，使iPSCs的研究仍處于基礎(chǔ)實驗階段;此外AD病人的體細(xì)胞多已產(chǎn)生病理變化(尤其是FAD病人)，由AD病人體細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生的iPSCs可用于AD模型研究AD病理過程，但很難作為自體移植細(xì)胞治療AD。因此，人的ESCs和iPSCs作為供體細(xì)胞治療AD前需進(jìn)行一些基因修飾［41］。

2.2干細(xì)胞的移植位點AD發(fā)病機制復(fù)雜，目前對于AD的病理發(fā)展過程還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，AD患者腦區(qū)各個部位都會產(chǎn)生損傷，包括顳葉、頂葉以及部分腦部扣帶回和前額葉皮層等［4］，使得選擇干細(xì)胞的最佳移植位點成為困難。干細(xì)胞治療AD主要是通過替代AD患者腦部損傷或丟失的神經(jīng)細(xì)胞，因此，將干細(xì)胞移植到腦部特定受損部位，并誘導(dǎo)分化為各種細(xì)胞類型是治療的關(guān)鍵。Li等［42］研究發(fā)現(xiàn)，將ESCs來源的NPCs移植到Aβ?lián)p傷模型大鼠海馬DZ區(qū)后能夠遷移Aβ?lián)p傷并存活、分化成神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和能釋放各種神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)元，并能促進(jìn)突觸功能的恢復(fù)。該研究與Tang等［43］的一項研究對比發(fā)現(xiàn)，將ESCs來源的NPCs移植到海馬的DG區(qū)比將其移植到背側(cè)海馬區(qū)(大鼠的CA1區(qū))產(chǎn)生更多種類和數(shù)量的神經(jīng)元，并且移植的NPCs能遷移到顆粒細(xì)胞層。該結(jié)果表明海馬DG區(qū)可能含有某些能誘導(dǎo)細(xì)胞分化或引導(dǎo)細(xì)胞遷移的因子。

2.3干細(xì)胞是否整合入宿主腦部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，形成有效的神經(jīng)信號傳導(dǎo)干細(xì)胞移植中不僅要考察供體細(xì)胞特點，在用于臨床實驗前，還要評估干細(xì)胞移植的治療效果。很多研究表明［44］，干細(xì)胞移植在治療神經(jīng)退行性疾病中的療效，很大程度取決于干細(xì)胞能否融入宿主的腦部中樞神經(jīng)系統(tǒng)循環(huán)中去，并分化產(chǎn)生各種成熟細(xì)胞。Li等［42］在實驗中將移植的干細(xì)胞用綠色熒光蛋白標(biāo)記，并將干細(xì)胞與一些神經(jīng)細(xì)胞的特異性標(biāo)記物相結(jié)合，從而檢測出干細(xì)胞在體內(nèi)分化產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞。并且實驗中還發(fā)現(xiàn)在移植細(xì)胞和宿主細(xì)胞之間有新突觸的形成，這說明了移植的細(xì)胞可以修復(fù)AD患者受損的海馬神經(jīng)元。因此有效評價干細(xì)胞的功能整合對于其作為細(xì)胞療法是非常關(guān)鍵的。

3　小分子化合物促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)再生

神經(jīng)再生即成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)NSCs的存活、增殖和分化［9］，其過程主要包括NSCs增殖、存活和分化、新生神經(jīng)元的成熟、突觸形成和神經(jīng)回路整合4個階段［45］。大量研究表明［9，45－47］，神經(jīng)再生在哺乳動物腦內(nèi)兩個區(qū)域－海馬齒狀回的顆粒細(xì)胞下層和室管膜下區(qū)終生存在。盡管如此，隨著年齡增長，哺乳動物腦內(nèi)神經(jīng)再生能力逐漸下降，這在AD患者中表現(xiàn)尤為突出［46］。研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)再生損傷是AD小鼠模型的早期病發(fā)因素，Demars等［47］利用APPswe/PS1 △E9-FAD小鼠模型發(fā)現(xiàn)，2月齡的模型小鼠即表現(xiàn)出嚴(yán)重的神經(jīng)再生損傷，神經(jīng)前體細(xì)胞增殖和分化能力明顯下降，Demars等認(rèn)為神經(jīng)再生損傷可能是導(dǎo)致AD患者海馬依賴性和嗅覺依賴性學(xué)習(xí)記憶能力下降的重要原因。Wang等［48］研究發(fā)現(xiàn)，3月齡的3xTg-AD模型小鼠中也表現(xiàn)出嚴(yán)重的神經(jīng)再生缺陷，該研究認(rèn)為早發(fā)于Aβ沉積的神經(jīng)再生損傷是導(dǎo)致AD小鼠認(rèn)知功能缺陷的主要原因。因此探討促進(jìn)腦內(nèi)神經(jīng)再生的化合物對于AD治療有重要意義。近年來，國內(nèi)外對小分子化合物調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞增殖、遷移和分化的報道逐漸增多。

有研究發(fā)現(xiàn)芹黃素在體內(nèi)和體外均能增強成年大鼠的神經(jīng)再生，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞分化，在水迷宮實驗(Morris water task)中，芹黃素明顯增強小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力［49］。四氫孕酮能夠促進(jìn)AD小鼠神經(jīng)干細(xì)胞增殖，增強AD小鼠神經(jīng)再生和認(rèn)知功能［48－50］。Jiang等［51］研究發(fā)現(xiàn)胡蘿卜苷通過調(diào)節(jié)多種基因表達(dá)，尤其增強胰島素樣生長因子的表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖，增強神經(jīng)再生。原兒茶酸能夠增強神經(jīng)干細(xì)胞活力促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖，并且可以降低caspase-3活性，從而抑制神經(jīng)干細(xì)胞凋亡［52］。抗抑郁藥氟西汀體內(nèi)能促進(jìn)成年小鼠腦內(nèi)海馬區(qū)的神經(jīng)再生［53］，體外可以增強神經(jīng)干細(xì)胞增殖并促進(jìn)其向神經(jīng)元方向分化［54］。此外谷氨酸受體激動劑氨甲基膦酸、吡拉西坦及其類似物SGS111、哌嗪衍生物FK-960等均能促進(jìn)成年人來源的神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化［55］。糖原合成酶激酶-3(GSK-3)是一種多功能的絲氨酸/蘇氨酸類蛋白激酶，有研究發(fā)現(xiàn)［56］GSK-3抑制劑在體外能夠促進(jìn)成年大鼠來源的神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分化和遷移;在體內(nèi)能夠促進(jìn)成年大鼠腦部海馬齒狀回區(qū)的神經(jīng)再生。

因此，尋找能夠促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖、遷移，并分化成特定腦區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞的小分子化合物，可能是今后AD藥物研發(fā)的一個熱點。

4　結(jié)論

干細(xì)胞治療作為AD的潛在治療手段，越來越引起研究者的關(guān)注。近來的實驗研究發(fā)現(xiàn)以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的細(xì)胞療法不僅對AD，對其他的神經(jīng)退行性疾病，如帕金森病、肌萎縮性側(cè)索硬化癥、亨廷頓氏病等均具有廣闊的治療前景，研究NSCs、ESCs、MSCs、iPSCs等干細(xì)胞能幫助我們進(jìn)一步研究與AD相關(guān)的病因病理，為建造AD模型提供更有效的方法。但是干細(xì)胞為基礎(chǔ)的細(xì)胞療法真正用于臨床還需要一段很漫長的路，很多問題諸如干細(xì)胞移植入病人體內(nèi)后具體會表現(xiàn)哪些作用，以及AD患者腦內(nèi)環(huán)境是否會影響干細(xì)胞生物學(xué)功能等均需解決。隨著干細(xì)胞生物學(xué)的深入研究和對AD疾病機制的進(jìn)一步揭示，我們相信干細(xì)胞應(yīng)用于AD的臨床治療會取得迅速發(fā)展。

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Advance and challenges in stem cell therapy for Alzheimer’s disease

ZHANG Yu1，ZHAO Yu-ming2，WANG Xiao-liang1，PENG Ying1
(1.State Key Laboratory of Bioactive Substances and Functions of Natural Medicines，Institute of Materia Medica，Chinese Academy of Medical Sciences＆Peking Union Medical College，Beijing 100050，China; 2.Dept of Pharmacology，Capital Medical University，Beijing 100069，China)

Abstract:Alzheimer’s disease(AD)，the most prevalent type of neurodegenerative disease，characterized by extracellular βamyloid(Aβ)plaque deposition，intracellular neurofibrillary tangles，and the loss of diverse neurons.Neuron loss might be the main cause that induces irreversible decline of cognitive function in AD patients.At present，AD therapy only relieves symptoms instead of fundamentally affecting the major pathological characteristics of the disease.Recently，rapid advances in neurogenesis and stem-cell biology have provided a new and prospective potential for AD treatment.Stem-cell types in the treatment of neurodegenerative diseases include neural stem cells(NSCs)，embryonic stem cells(ESCs)，mesenchymal stem cells(MSCs)，and induced pluripotent stem cells(iPSCs). Stem cell therapy shows anti-AD function by replacing the damaged and lost neurons，rebuilding the cellular loop，inhibiting amyloidogenesis，promoting neurotrophic factor release，and regulating immune reaction.This review highlights the recent progress，mechanisms，and preclinical evidence of exogenous transplanted stem cell，and addresses the current major challenges of stem cell transplantation in clinic.In addition，this review also summarizes the research status of compound promoting endogenous neurogenesis in brief.

Key words:Alzheimer’s disease; neurogenesis; neural stem cells; embryonic stem cells; mesenchymal stem cells，induced pluripotent stem cells

作者簡介:張喻(1989－)，女，碩士生，研究方向:神經(jīng)藥理學(xué)，E-mail: zhangyu@ imm.ac.cn; 王曉良(1955－)，男，研究員，研究方向:神經(jīng)藥理學(xué)，通訊作者，E-mail: wangxl@ imm.ac.cn; 彭英(1970－)，女，副研究員，研究方向:神經(jīng)藥理學(xué)，通訊作者，E-mail: ypeng@ imm.ac.cn，Tel: 010-63165173，F(xiàn)ax:010-63017757

基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(No 81473200);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃(No NECT-10-0961);國家科技部“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項(No 2012ZX09301002-004)

收稿日期:2015－03－05，修回日期:2015－04－05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1001－1978(2015)07－0889－06中

doi:10.3969/j.issn.1001－1978.2015.07.001