帕金森病（PD）是一種進行性神經退行性疾病，其特征是中腦多巴胺神經元持續選擇性變性或死亡，導致黑質紋狀體神經回路功能障礙。
目前帕金森病的臨床治療包括藥物治療和手術治療，這些方法可以短期緩解癥狀，但會產生許多副作用，并且不能逆轉帕金森病的進展。多能干細胞具有自我更新能力和分化為多巴胺能神經元的潛力。移植多能/專能干細胞或多巴胺能神經元是完全修復帕金森病受損神經回路的一種有前途的策略。
多能干細胞治療可以逆轉帕金森病的進展嗎？
近日，同濟大學醫學院上海東方醫院神經外科在“Front Neurosci”期刊雜志發表了一篇“多能干細胞可以逆轉帕金森病的進展嗎的文獻綜述？”該綜述總結了各類干細胞治療帕金森病的臨床前和臨床數據，詳細分析了利用人多能干細胞治療帕金森病的現有數據、最新進展和研究方向，為帕金森病的治療提供了參考。為干細胞療法治療帕金森病的開發奠定了基礎。
帕金森病的發病機制
PD的病因和發病機制涉及α-突觸核蛋白 (α-syn) 的異常聚集、線粒體功能障礙、氧化應激和神經炎癥。圖1）。
目前治療帕金森病的常用方法
帕金森病的臨床干預主要包括左旋多巴 (L-DOPA) 藥物治療結合飲食調整和運動等生活方式改變，以及深部腦刺激 (DBS) 治療。然而，這些治療無法逆轉帕金森病的進展。隨著疾病的進展，帕金森病患者的生活質量顯著下降，給家庭和社會帶來巨大的經濟和情感負擔 。
干細胞移植治療帕金森病
干細胞治療帕金森病的研究進展
Perlow等人（1979年）做出了一項突破性發現，他們發現將含有產生DA的神經元的胎兒中腦組織移植到帕金森病大鼠的黑質中可改善運動功能。
進一步的臨床前研究表明，將中腦組織移植到缺乏黑質突起的帕金森病模型中，可與宿主紋狀體神經元形成突觸，并將這些神經元成功整合到宿主神經回路中，從而逆轉帕金森病的行為癥狀（1981年）。這些發現為在臨床試驗中研究細胞移植策略提供了理論依據。
Kordower等人（1995年）將從人類胚胎中提取的中腦組織移植到帕金森病患者的大腦皮質。手術一年后，他們發現移植物不僅存活了下來，而且使紋狀體獲得了明顯的多巴胺能神經支配。PET掃描觀察到移植物周圍神經元的功能得到改善（1995年）。
Li等人（2016年）研究了一名24年前接受過胎兒干細胞移植的患者，發現在普薩門有超過4萬個存活的DA神經元，它們的軸突延伸到宿主紋狀體，形成神經回路。
在臨床試驗中，一些帕金森病患者在移植組織中的多巴胺能神經元中發現了α-syn聚集（帕金森病病理標志），而其他患者則未發現α-syn聚集，這表明胎兒組織移植中是否存在病理變化取決于患者個體。這些研究結果表明，人類胎兒中腦組織移植是一種治療帕金森病的潛在方法（圖2）。
然而，這種療法的臨床應用受到幾個主要問題的阻礙。
- 首先，獲取人胎兒組織并從腹側中腦提取產生DA的神經元仍然具有挑戰性。
- 其次，胎兒中腦組織植入引起的不良反應仍不明確。
- 最后，應用已故流產胎兒組織治療帕金森病患者的倫理道德問題也有待解決。
盡管如此，上述臨床研究證實細胞移植是治療帕金森病最有前景的療法之一，原因如下：
- mDA神經元的選擇性喪失是帕金森病最顯著的病理特征。
- 移植細胞可重新支配紋狀體，恢復DA神經回路功能，并持續改善部分患者與帕金森病相關的運動障礙。
mDA神經元的發育和維持
細胞分化為成熟mDA神經元的體外誘導經歷多個階段。
(1)多能干細胞階段：在此階段，干細胞具有自我更新、復制和多向分化的潛力，可以在干細胞維持培養基中增殖，同時保持其多向分化潛力。
(2)神經前體細胞階段：多能干細胞要分化為各類神經元，首先需要分化為神經前體細胞。在N2B27神經分化培養基中，神經前體細胞可以分化為不同的神經組織，并表達神經前體細胞標志物，如Pax6、干細胞轉錄因子2（Sox2）、Nestin、Sox1等。在細胞培養過程的早期，Wnt1和FOXA在mDA神經元的生成中發揮著至關重要的作用。
多能/專能干細胞在帕金森病臨床治療中的應用
干細胞是一類具有自我更新和多向分化潛力的非特異性細胞，它們具有誘導組織再生以對抗退行性疾病的潛力。在臨床治療中，分離培養的干細胞被注射到組織損傷部位，它們可以替代受損細胞或通過旁分泌作用促進內源性細胞再生。表格1）。
| PSC 的來源 | 標題 | 贊助 | 地位 | 細胞數量 | 治療方法 | 臨床試驗編號 |
| ESC | hAESC 立體定向移植治療帕金森病 | 上海東方醫院 | 主動，不招聘 | 5000萬個hAESCs進入側腦室 | 立體注射 | NCT04414813 |
| ESC | 確定移植干細胞衍生的多巴胺神經元對帕金森病患者大腦的安全性和耐受性的試驗 | 斯科訥地區 | 招聘 | 每個殼核有 354 萬個 STEM-PD 細胞 | 立體注射 | NCT05635409 |
| ESC | MSK-DA01細胞療法治療晚期帕金森病的安全性和耐受性研究 | 加州大學歐文分校奧蘭治分校 | 主動，不招聘 | NCT04802733 | ||
| ESC | 通過手術機器人將人羊膜上皮干細胞精準移植到心室治療帕金森病。 | 上海東方醫院 | 招聘 | 注射 | NCT05435755 | |
| ESC | 一項單中心、開放、單劑量、劑量遞增、1/2a 期研究，旨在評估胚胎干細胞衍生的 A9 多巴胺祖細胞 (A9-DPC) 治療帕金森病患者的安全性和探索性療效 | 南山生物醫藥有限公司 | 招聘 | NCT05887466 | ||
| 誘導多能干細胞 | 移植人類 iPSC 來源的多巴胺能祖細胞治療帕金森病后的長期隨訪研究 | 京都大學醫院 | 招聘 | UMIN000048476 | ||
| 誘導多能干細胞 | 自體誘導神經干細胞來源的多巴胺能前體細胞治療帕金森病的安全性和有效性 | 北京宣武醫院 | 招聘 | 注射 | NCT05901818 | |
| 誘導多能干細胞 | 人誘導多能干細胞 (hiPSC) 衍生的多巴胺能神經前體細胞治療帕金森病的臨床試驗 | 上海東方醫院 | 招聘 | 注射 | NCT06145711 | |
| 骨髓間充質干細胞 | IIa 期隨機安慰劑對照試驗：間充質干細胞作為 iPD 疾病緩解療法 | 德克薩斯大學健康科學中心，休斯頓 | 主動，不招聘 | 每次治療 10^6 MSCs/kg | 注射 | NCT04506073 |
| 骨髓間充質干細胞 | 天然干細胞動員劑治療帕金森病的臨床研究 | 西班牙再生醫學與特拉皮亞細胞協會 | 招聘 | 膳食補充劑 | NCT05699694 | |
| 骨髓間充質干細胞 | 神經系統骨髓干細胞治療研究 | MD干細胞 | 招聘 | 靜脈內和鼻內 | NCT02795052 | |
| AD-MSCs | 膀胱過度活動癥帕金森病患者單次逼尿肌內注射自體脂肪干細胞：一項初步研究 | 阿爾扎赫拉醫院 | 輸液 | UMIN000044106 | ||
| AD-MSCs | 評估特發性帕金森病受試者自體線粒體細胞移植的安全性、耐受性和有效性 | 臺灣線粒體應用科技股份有限公司 | 尚未招募 | 每個半球3 × 10 7 個細胞 | 立體注射 | NCT05094011 |
| 使用多能脂肪干細胞 (PASC) 對帕金森病患者進行的隨機臨床試驗 | ClusterXStem-哥斯達黎加 | 主動，不招聘 | 輸液 | NCT06141317 | ||
| 使用自體 HB-adMSC 治療帕金森病的中等大小擴展接入方案 | 希望生物科學干細胞研究基金會 | 輸液 | NCT06056427 | |||
| AD-MSCs | 希望生物科學干細胞研究基金會 | 希望生物科學干細胞研究基金會 | 招聘 | NCT04995081 | ||
| 間充質干細胞 | 在帕金森病 (PD) 患者中使用分化為神經干細胞 (NSC) 的間充質干細胞 (MSC)。 | 約旦大學 | 主動，不招聘 | NCT03684122 | ||
| 間充質干細胞 | 臍帶間充質干細胞移植治療帕金森病的療效評價 | 廈門大學附屬翔安醫院 | 主動，不招聘 | 奇CTR2100043584 | ||
| 間充質干細胞 | 培養的同種異體成人臍帶間充質干細胞治療帕金森病的安全性 | 骨科和再生醫學基金會 | 尚未招募 | 單次給藥1億個細胞 | 注射 | NCT05152394 |
隨著人類胚胎的發育，干細胞的分化潛能逐漸降低。根據其分化潛能，干細胞可分為全能干細胞、多能干細胞、專能干細胞和單能干細胞。
近年來，細胞培養技術的重大進展使研究人員能夠從胚胎干細胞（ESC）、誘導多能干細胞（iPSC）和間充質干細胞（MSC）中產生許多DA神經元。這極大地重新燃起了我們對PD細胞療法臨床轉化的希望。然而，由于其不同的特性，干細胞作為種子細胞在帕金森病的治療中表現出各自的優點和缺點。本文主要討論人類多能干細胞在治療帕金森病中的應用、這些細胞應用的瓶頸、這些細胞的作用機制以及相關研究特別是臨床試驗的最新進展。表2）。
| 細胞類型 | 優點 | 缺點 |
| ESC | 具有廣泛的分化潛力，可以分化成幾乎任何類型的細胞 | 道德和倫理問題；胚胎的使用可能存在爭議 |
| 可以產生許多用于移植或研究的細胞 | 免疫排斥的風險較高，需要免疫抑制 | |
| 能有效替代受損的多巴胺神經元，從而發揮比其他細胞類型更強的治療效果 | 需要精確的分化和培養條件，細胞純度和一致性難以控制 | |
| 誘導多能干細胞 | 來源廣泛，避免道德問題 | 重編程效率低，產生的誘導多功能干細胞數量低 |
| 可以從患者自身細胞中獲取，降低免疫排斥的風險 | 需要進一步研究以確保其安全性和長期有效性 | |
| 可用于個體化治療策略 | ||
| 間充質干細胞 | 來源廣泛；可以從成人脂肪組織、骨髓等獲得。 | 移植后細胞存活率低；需要改進移植方法和技術 |
| 同種異體移植免疫排斥風險低 | 與生產和工藝標準化相關的挑戰，例如細胞純度、批次一致性問題等。 | |
| 具有抗炎特性和組織修復能力，可通過促進細胞存活、改善局部環境等機制發揮輔助治療作用 | 仍需要進一步研究以確定其安全性和長期影響 |
胚胎干細胞治療帕金森病的臨床應用
胚胎干細胞是一種源自囊胚內細胞團的克隆細胞；它們是多能的，因此能夠在未分化狀態下持續生長，并在誘導后分化成體內幾乎所有細胞類型。它們是多巴胺能神經元的良好細胞來源，可移植到PD患者的SNpc和紋狀體中。最初，胚胎干細胞是從流產的胎兒或體外受精的胚胎中獲得的，這引起了倫理方面的擔憂。
目前獲得胚胎干細胞的方法有多種，如激活未受精卵母細胞發育成孤雌胚胎、將精子注射到去核卵母細胞中產生雄激素胚胎、將體細胞核轉移到去核卵母細胞中誘導重編程并建立ESC系。
研究表明，早期的胚胎干細胞直接移植到嚙齒類動物的大腦中可以分化成多巴胺能神經元并改善行為，但由于移植細胞中存在未分化的神經上皮細胞，因此有形成畸胎瘤的風險；因此，移植前需要完全誘導胚胎干細胞分化。
為了克服這一限制，Kriks等人通過SMAD和hedgehog基因的雙重抑制誘導ESCs分化為多巴胺能神經元祖細胞，并且這些多巴胺能神經元祖細胞在PD動物模型的紋狀體中分化為分泌黑色素的多巴胺能神經元。播種細胞在帕金森病模型小鼠的紋狀體中存活時間較長（超過4個月）；
- 通過膜片鉗記錄確定，這些多巴胺能神經元的功能與正常多巴胺能細胞相同；完全恢復了旋轉行為；并部分改善了前肢功能。
Piao等人誘導人類胚胎干細胞（hESCs）分化為中腦DA神經元，并將其移植到PD模型小鼠的大腦中；結果表明，移植這些細胞后，運動功能得到改善，血液學和生化分析表明，標記的移植細胞既沒有向腦外遷移，也沒有形成腫瘤，為未來的臨床試驗提供了堅實的基礎。
2018年6月，中科院院士科研團隊在猴模型中測試了人胚胎干細胞來源的神經細胞治療帕金森病的安全性和有效性，展示了長達2年的評價數據，表明人胚胎干細胞分化的神經細胞相對安全，且有明顯效果。為我國首項基于胚胎干細胞的I/II期帕金森治療臨床研究提供了臨床前數據支持。
2020年5月，麻省總醫院的研究人員在《新英格蘭醫學雜志》（NEJM）報告了一項開創性研究，一名接受自體移植hiPSC來源的mDA祖細胞的帕金森病患者，在植入后24個月時表現出臨床癥狀穩定或改善?，F在，這種方法得到了進一步的發展，hiPSC來源的hESC來源的mDA祖細胞開始進入到早期臨床試驗階段。
2023年年底，延世大學醫學院的研究人員在 Cell Stem Cell 期刊發布了題為：Preclinical and dose-ranging assessment of hESC-derived dopaminergic progenitors for a clinical trial on Parkinson’s disease 的研究論文。
該研究從臨床級人胚胎干細胞（hESC）中大規模生成高純度的中腦多巴胺能（mDA）祖細胞，并在體外和體內驗證了mDA祖細胞的安全性和有效性。mDA祖細胞以移植劑量依賴性地改善了帕金森病大鼠模型的疾病相關行為。基于這些這些臨床前研究結果，研究團隊獲得了韓國食品和藥物安全部批準進行帕金森病細胞療法的1/2a期臨床試驗，并開始了對12名帕金森病患者的治療。
誘導多能干細胞在治療帕金森病臨床中的應用
誘導多能干細胞與ESC類似，是由體細胞重新編程而成的多能細胞。Takahashi和Yamanaka (2006)首先通過過表達四種轉錄因子（Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc）將人類成纖維細胞重編程為iPSC。
隨著iPSC技術的不斷進步并轉化為臨床應用，將細胞重編程為iPSC所需的轉錄因子數量已逐漸減少到2個甚至1個，一些研究人員已經利用重組蛋白甚至小分子成功地制備了iPSC。iPSC在基因表達譜以及增殖和分化能力方面與ESC相似。與ESC相比，iPSC由于源自患者特異性體細胞，因此具有能夠自體植入的優勢，這可以部分避免倫理問題和免疫排斥。
2017年8月，日本科學家于《Nature》期刊發表了研究證明多巴胺前體細胞能改善猴子帕金森病的癥狀。通過將健康人群和帕金森患者的iPS細胞轉化為能產生多巴胺的神經元，植到患有帕金森氏病的獼猴模型中。結果顯示，iPS細胞植入發揮中腦多巴胺能神經元作用，不僅恢復了病猴的各種運動功能，并在植入后兩年內，沒有轉化成任何腫瘤。
2018年10月，獲日本政府批準，京都大學醫院的神經外科Takayuki Kikuchi團隊開展了健康供者iPSC來源DA神經元移植治療PD的首個人體臨床試驗，首名入組患者左腦移植了240萬單位DA神經元。研究結果表示，患者狀況良好，并沒有太大的不良反應。
除了國際上已大量公布的干細胞移植治療帕金森研究案例，國內干細胞應用于帕金森病的臨床治療也取得重要進展。
2018年，首都醫科大學宣武醫院陳志國教授和張愚教授團隊，通過血液細胞重編程獲得人源誘導神經干細胞（iNSC），并通過小鼠模型驗證了這一干細胞分化移植治療帕金森病的安全性和有效性，為帕金森病患者的自體細胞治療提供了臨床前基礎。
iPSCs已廣泛應用于PD的臨床治療，盡管近年來iPSC技術發展迅速，但要將其廣泛應用于臨床，仍有許多問題需要克服。
- 首先，體細胞重編程技術的分子機制尚未完全清楚。
- 其次，來自患者自身的細胞可能會有發展為帕金森病病理的風險。
- 第三，即使使用異體iPSC誘導的多巴胺前體細胞，α-syn也可能從宿主細胞擴散到播種細胞，導致移植細胞死亡。
- 第四，體外定向分化的效率和穩定性仍有待提高。
多能干細胞治療帕金森病的功能機制
多能干細胞是具有自我更新能力的未分化細胞，可以分化為多種譜系的細胞，包括造血干細胞（HSC）、內皮祖細胞（EPC）和間充質干細胞。
MSC易于獲得，免疫排斥風險低，具有良好的免疫調節和強大的旁分泌作用，使其成為PD治療的有希望的替代種子細胞。在各種MSCs中，骨髓MSCs（BM-MSCs）研究最早且最廣泛，其次是脂肪源性MSCs（AD-MSCs）和臍帶源性MSCs（UC-MSCs）。它們的功能機制包括替換多巴胺能神經元、免疫調節、抑制細胞凋亡和炎癥以及神經保護。
間充質干細胞在治療帕金森病方面具有顯著的潛力，因為它們不僅分化為多巴胺能神經元，而且還分泌多種分子，包括含有miRNA的外泌體，這些分子參與細胞間信號傳導以及與宿主膠質細胞的串擾細胞。MSC分泌組在調節軸突生長和抑制細胞凋亡中發揮著至關重要的作用。
細胞移植方法
腦室內移植：將細胞直接注射到大腦受損區域是干細胞治療最精確的輸送途徑。然而，患者可能會出現運動功能障礙、暈厥、癲癇發作和致瘤等不良反應。
靜脈給藥：與原位注射到特定大腦區域不同，干細胞靜脈輸注不需要手術、創傷或其他侵入性技術。然而，靜脈內遞送不允許細胞歸巢和原位分化為組織特異性功能細胞，因為植入通常是不可控的，并且主要取決于生物活性梯度的趨化性；這可能會導致脫靶效應和治療效率低下，有時甚至導致異位組織甚至腫瘤的形成。
鼻腔給藥：迄今為止，由于鼻內施用藥物能夠繞過血腦屏障，鼻內施用已被證明是將治療劑遞送至中樞神經系統的有前途的途徑。與腦室內移植相比，鼻腔給藥的不良事件發生率降低，但干細胞接種效率并未受到影響。但值得注意的是，鼻內給藥后1小時，上鼻腔中仍殘留大量細胞，表明干細胞遷移效率較低。目前尚未報道細胞進入途徑、相關因素和細胞類型適應性的結論性數據，需要進一步探索。
討論
目前，帕金森病的發病機制仍有待充分闡明。而且，傳統的臨床治療無法完全逆轉PD的進展；因此，這種疾病給患者帶來了沉重的情感和經濟負擔。隨著細胞治療和基因編輯技術的發展，多能干細胞或將成為PD臨床治療的關鍵種子細胞。
多能干細胞不僅是帕金森病建模的新工具，而且在通過細胞移植恢復神經元功能方面也具有巨大前景。與傳統的治療方式相比，干細胞具有卓越的自我更新和分化成各種細胞類型的能力。通過移植適當類型的干細胞，可以減輕多巴胺能神經元損失或可以替換這些神經元，從而改善帕金森病的運動或情緒癥狀。
因此，干細胞是臨床治療帕金森病的理想候選者。此外，干細胞通過分泌生長因子、神經營養因子和炎癥調節劑等生物活性分子對受損組織發揮積極作用。通過其強大的旁分泌活性，干細胞對局部微環境產生積極影響，促進宿主組織修復，從而促進功能恢復。
值得注意的是，從皮膚或血液等自體來源獲取干細胞可以降低免疫排斥和其他可能的不相容性的風險?？梢灶A見，針對個體患者的干細胞療法的開發將進一步增強干細胞的臨床應用。
源自ESC、iPSC和MSC的DA神經元已進入臨床試驗（NCT04414813、UMIN000048476、NCT05152394），為PD患者帶來新的希望。
未來的研究
未來，隨著對干細胞生物學的更深入了解，研究人員可以進行更精確的細胞工程，以產生更穩定、更安全的移植細胞，從而減少腫瘤等潛在風險，并通過改變干細胞或細胞上的表面標記來避免免疫排斥。開發新的免疫抑制藥物。通過種子細胞的優化、PD遺傳機制的進一步研究、細胞遞送的改進以及種子細胞與宿主細胞相互作用的實時評估，PSC/MSC移植治療PD的臨床試驗有望取得進一步的成功。
此外，未來可能會開發出更有效的細胞移植途徑，例如利用組織工程和器官培養技術來構建功能性大腦區域，以更好地重建受損功能。
多家國際制藥公司目前正在開發用于治療帕金森病的干細胞藥物，其中拜耳 (BAYGn.DE) 子公司BlueRock報告稱，使用實驗性干細胞療法治療人類帕金森病取得了初步成功，目前正在招募患者參加II期試驗。除了移植外源干細胞來替代受損的多巴胺能神經元外，星形膠質細胞或神經膠質細胞的體內重編程是PD治療的另一種選擇，盡管需要更多的研究來解決與安全性和長期治療效果相關的問題。
總體而言，干細胞治療帕金森病的發展仍處于不斷演化和探索階段。隨著技術的不斷進步以及對帕金森病的發病機制的深入了解，未來帕金森病有望得到徹底治愈。
參考資料：Wu Y, Meng X, Cheng WY, Yan Z, Li K, Wang J, Jiang T, Zhou F, Wong KH, Zhong C, Dong Y, Gao S. Can pluripotent/multipotent stem cells reverse Parkinson’s disease progression? Front Neurosci. 2024 Jan 31;18:1210447. doi: 10.3389/fnins.2024.1210447. PMID: 38356648; PMCID: PMC10864507.
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