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神经退行性疾病的干细胞治疗

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时间:2016-06-20  来源:文本大小:【 |  | 】  【打印

  什么是神经退行性疾病?

    神经退行性疾病,顾名思义,是随着人体年龄的增长而逐渐发生和发展的疾病。这类疾病的典型特征是不同脑区的神经元进行性变性和缺失,并最终导致神经系统的功能障碍。我们所熟知的世界著名物理学家史蒂芬•霍金,他行动非常困难,需要常年坐在轮椅上,其原因就是他患有严重的肌萎缩性侧索硬化症。我国社会主义改革开放和现代化建设的总设计师邓小平同志,晚年患有帕金森氏病而无法根治。病人在罹患神经退行性疾病之后,会出现行动或认知障碍,病情的发展往往导致诸多并发症,给患者的生活造成严重伤害。

    经过几代科学家的不懈努力,人们获得了对神经退行性疾病的深入而广泛的认识。神经退行性疾病主要包括有阿尔茨海默病、帕金森氏病、亨廷顿氏舞蹈症、肌萎缩性侧索硬化症、多发性硬化症等。阿尔茨海默病(Alzheimer Disease, AD),多发病于老龄群体,临床特征主要表现为记忆障碍、失语、认知和运动功能障碍的痴呆症状。帕金森氏病(Parkinson’s Disease),又名帕金森综合征,临床表现为震颤、肌肉僵直、运动迟缓等。亨廷顿氏舞蹈症(Huntington’s Disease, HD),临床表现为躯体或四肢不自主的颤搐,情绪异常和智力减退等。肌萎缩性侧索硬化症(Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS),也叫运动神经元病或夏科氏综合症(Charcot's syndrome),临床症状表现为吞咽和说话困难、四肢乏力、肌肉萎缩、呼吸衰竭等。多发性硬化症(Multiple Sclerosis, MS),是一种常见的中枢神经脱髓鞘疾病,临床表现为波动性感音性神经性聋和眩晕,肢体及眼球震颤等。到目前为止,神经退行性疾病的病因还不是很清楚,但是与年龄、性别、种族以及地理环境等因素密切相关,尤其是年龄因素,多数神经退行性疾病的患病率是随年龄的增加而增加的 (1) (见表一)

表一:神经退行性疾病的患病率

    神经退行性疾病能够治愈吗?

    目前的治疗方法只能缓解或减轻症状,还没有彻底根治的方法。近年来,随着科学家对干细胞研究的不断深入以及iPS技术的不断成熟和优化,运用干细胞移植治疗的方法为根治神经退行性疾病带来了希望。干细胞是一类具有持续自我更新能力和多分化潜能特性的前体细胞。神经干细胞是存在于神经系统中,参与神经系统与组织的生成和构建,并具有修复神经功能潜能的神经前体细胞(2)。帕金森氏病是在1817年被发现的,致病原因是黑质部位的多巴胺能神经元进行性的丧失,从而出现运动功能障碍。科学家们将神经干细胞移植进帕金森氏病模型小鼠中,这些细胞能够分化成为类多巴胺能神经元,移植后小鼠的酪氨酸羟化酶神经元得到保护,疾病小鼠的行为学症状也得到改善(3,4)。通过体外iPS的方法,将小鼠的成纤维细胞诱导成神经前体细胞后移植到疾病模型鼠脑内,注入的iPS细胞能够迁移到病灶分化成神经元和胶质细胞,整合进受体脑内(5)。这些研究为帕金森氏病的干细胞治疗带来了希望。 

  阿尔兹海默病是第一大神经退行性疾病,危害的人群比较广泛,干细胞移植也是非常有希望的一种治疗方法。将神经干细胞移植进入阿尔兹海默症模型小鼠的海马中,这些移植后的干细胞会产生脑源性神经营养因子,促进神经元生长和突触的形成,并进而提高疾病小鼠的认知功能(6)。巴藤病(Batten Disease)是一种罕见的神经退行性疾病,是少年型的家族性黑朦性痴呆,患者脑内缺少一种可以降解脂肪和蛋白质复合物的酶,引发神经细胞内蜡样脂褐质沉淀,最终导致细胞的死亡。俄勒冈健康&科学大学(Oregon Health &Sciences University)和Stem Cells公司的科研人员将能够特异产生该种酶的神经干细胞系移植到患者的脑内。在第一期临床试验中,共对6位患者进行了移植手术,随后进行了12个月的跟踪观察,患者表现良好。在随后对5位患者进行的长期观察研究中,有3位患者成功度过了前4年,干细胞移植后的患者不再有之前常出现的癫痫发作,并且其语言能力有一定增强(7, 8)。这种尝试为干细胞治疗人类的其他神经退行性疾病带来了曙光。 

  科学家在行动…

    干细胞治疗神经退行性疾病具有其独特的优势。首先,干细胞具有持续的自我更新能力,能够抑制神经退行性病变或者重建神经网络恢复神经功能,具有根治病变的潜力。其次,干细胞可以通过注射的方式直接进入病变部位,不需要通过血脑屏障,治疗效率高。

  然而,虽然干细胞具有其明显的优势,在其被用于治疗人类神经退行性病变之前,还需要科学家的进一步研究,以确保其治疗的安全性。一方面是移植用干细胞的来源问题,由于退行性病变的差异性,干细胞的来源应具有很高的针对性,体外诱导培养的干细胞还需要注意对宿主的安全性。另外一个方面是干细胞的特异谱系分化问题,移植到体内的干细胞需要分化成为特定功能的细胞并整合进功能神经网络才能达到治疗的目的,不能形成特异的细胞或者产生了其他类型的细胞(例如肿瘤)都不利于病患的治疗。最后,干细胞在体内的扩散问题,移植的干细胞需要局限在病变部位发挥功能。扩散到其他部位的干细胞假如变成了其他不可控的细胞整合进了神经网络,则会带来不可预知的神经活动变化。科学家们的持续努力将不断攻克这些难题,使干细胞移植治疗神经退行性病变更加安全有效。

   (作者:中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所 武孔彦) 


  参考文献 

  1. Pringsheim T, Fiest K, Jette N: The international incidence and prevalence of neurologic conditions: How common are thery? Neurology 2014, 83:1661-1664. 

  2. Fred H. Gage, Temple S: Neural stem cells: generating and regenerating the brain. Neuron 2013, 80:588-601. 

  3. Murrell W, Wetzig A, Donnellan M, Feron F, Burne T, Meedeniya A, Kesby J,Bianco J, Perry C, Silburn P, Mackay-Sim A: Olfactory mucosa is a potentialsource for autologous stem cell therapy for Parkinson’s disease. Stem Cells2008, 26:2183-2192. 

  4. Yasuhara T, Matsukawa N, Hara K, Yu G, Xu L, Maki M, Kim SU, Borlongan CV: Transplantation of human neural stem cells exerts neuroprotection in arat model of Parkinson’s disease. J Neurosci 2006, 26:12497-12511. 

  5. Wernig M, Zhao JP, Pruszak J, Hedlund E, Fu D, Soldner F, Broccoli V,Constantine-Paton M, Isacson O, Jaenisch R: Neurons derived fromreprogrammed fi broblasts functionally integrate into the fetal brain andimprove symptoms of rats with Parkinson’s disease. Proc Natl Acad Sci U S A2008, 105:5856-5861. 

  6. Blurton-Jones M, Kitazawa M, Martinez-Coria H, Castello NA, Muller FJ, LoringJF, Yamasaki TR, Poon WW, Green KN, LaFerla FM: Neural stem cells improvecognition via BDNF in a transgenic model of Alzheimer disease. Proc NatlAcad Sci U S A 2009, 106:13594-13599. 

  7. Mossman K: The world’s first neural stem cell transplant. Scientific American 2006, Dec. 18. 

  8. Stem Cells Inc. Website: http://www.stemcellsinc.com/Clinical-Programs/NCL

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