干細胞移植技術在治療帕金森病中的前景和潛力

神經外科醫生維維安·塔巴爾 (Viviane Tabar) 已經洗漱完畢。在她面前的是第一個參與臨床試驗的參與者，該試驗旨在確定干細胞是否可以安全地注射到帕金森病患者的大腦中。細胞曾被冷凍，但它們現在已解凍并置于冰上，等待時機到來。

Tabar 是紐約市紀念斯隆凱特琳癌癥中心的內科醫生兼科學家，她在患者的頭皮上切開一個切口，并在他們的頭骨上鉆一個小孔。然后她使用“幾乎像 GPS”一樣的腦部掃描，她說，將她引導至殼核——帕金森氏癥患者大腦中神經遞質多巴胺水平異常低的部分。一旦她確認她到達了正確的位置，她就會注射干細胞，然后在大腦的另一側重復這個過程。她希望這些細胞能夠站穩腳跟，并最終開始產生多巴胺，否則幾乎不會產生多巴胺。手術本身很小，患者第二天就可以回家。

帕金森病是一種神經退行性疾病，除其他外，它會影響運動、平衡、步態和肌肉控制。一些最明顯的癥狀是由于腦干中稱為黑質的區域神經元丟失引起的。這些神經元的軸突向上延伸到殼核，??在那里它們釋放有助于調節運動的多巴胺。一旦大約 50-80% 的這些神經元丟失，一個人的運動就會受到明顯影響。

黑質神經元的丟失正是 Tabar 和其他人正在努力解決的問題。帕金森病干細胞療法的首批臨床試驗已經開始——Tabar 的試驗于今年早些時候在美國開始，另一項試驗于 2018 年在日本開始。其他試驗計劃于 2022 年在歐洲開始。干細胞療法正在這不是治愈方法，而且正如批評者指出的那樣，它可能會產生比疾病本身更難以控制的副作用。但那些追求這種方法的人認為，有一天它可能成為恢復性治療的最佳選擇。

第一次移植

由于帕金森氏癥源于大腦集中部位的一種細胞功能障礙，因此長期以來，該疾病一直被視為干細胞療法的理想候選者。恢復多巴胺，想法是，你可以恢復功能。畢竟，大腦將其轉化為多巴胺的口服藥物左旋多巴自1970年獲得批準以來就已經做到了這一點。但口服藥物意味著大腦多巴胺水平不斷上升和下降。隨著時間的推移，將左旋多巴轉化為多巴胺的細胞繼續死亡，癥狀變得更難控制。人們可能會在服藥高峰期間經歷無法控制的運動（稱為運動障礙），并在低谷期間再次出現帕金森氏癥典型的震顫和緩慢運動。

當左旋多巴治療達到極限時，有些人會選擇深部腦刺激 (DBS)——將電極植入大腦的特定區域，充當神經沖動的起搏器，阻斷導致異常運動的信號。左旋多巴和 DBS 都可以對疾病的不同階段有效，但都不是完美的，并且隨著疾病的進展它們都會失去效力。

盡管帕金森病靶向的特定類型神經元從黑質延伸，但研究人員尚未嘗試恢復那里的細胞。這些神經祖細胞可能需要十年或更長時間才能長出足夠長的軸突到達殼核。相反，科學家們開始將殼核本身視為一個潛在的移植部位：它更容易通過手術進入，而且新的神經元不需要生長太多就可以將多巴胺輸送到正確的位置。

首次將神經祖細胞移植到帕金森病患者的殼核中是在1980年代和 90 年代。當時，干細胞還不是一個可行的選擇，因此移植的組織取而代之的是來自捐贈的胎兒腹側中腦組織——這是一個發育中的大腦區域，含有神經元細胞，注定會發育成從黑質多巴胺能細胞到眼球運動的一切細胞神經元。進行這些移植的科學家們希望，就像嚙齒動物和非人類靈長類動物研究中的情況一樣，多巴胺能細胞能夠建立起來并支配殼核。

“很明顯，如果你做對了，它就會奏效，但真的很難做對，”加利福尼亞州拉霍亞斯克里普斯研究所再生醫學中心的創始主任珍妮洛林說，她正在為當時的一家生物技術公司參與了一些初步研究的開發。

這些試驗即使不是完全成功，也很有啟發意義：一些人幾乎看不到任何可觀察到的益處，另一些人出現了致殘性運動障礙，一些人移植成功，以至于他們能夠停止服用口服左旋多巴十年或更長時間。Loring 和其他人說，廣泛的結果可能是由于多種因素造成的，包括細胞注射的確切位置、胎兒細胞本身缺乏質量控制、移植排斥、細胞存活率低以及遺傳和疾病的差異個體患者之間的狀態。

研究使用干細胞治療帕金森癥的研究人員認為他們已經解決了其中的大部分問題。使用胚胎干細胞系或誘導多能干 (iPS) 細胞——已重新編程回干細胞樣狀態的成體細胞——他們可以創建具有已知特性的細胞系，然后進行重復測試以確保純度和準確性分期。“使用誘導多能細胞，您可以在進行移植之前根據需要進行盡可能多的質量控制，”Loring 說。她解釋說，當你擁有一個具有已知特性的細胞系時，評估就容易多了，你可以對其進行測序，然后在動物身上進行測試，然后再轉移到人類身上。

與 Tabar 相關的試驗基于她的實驗室和Lorenz Studer的研究，Lorenz Studer 是神經科學家，在 Memorial Sloan Kettering 管理著干細胞生物學中心。他們的十名參與者將接受來自多能干細胞的多巴胺祖細胞，稱為 DA01，這是 BlueRock Therapeutics 進行的 I 期試驗的一部分，BlueRock Therapeutics 是紐約市的一家生物制藥公司，由 Tabar 和 Studer 幫助創立。

下一代試驗

Studer是1980年代和1990年代涉及胎兒組織的初步研究的一部分，并且從一開始就知道這項工作更多的是對原理的證明，而不是針對帕金森氏癥患者的解決方案。“對我來說，很明顯，由于倫理、法律和實際問題，胎兒移植不是一個長期的解決方案。” 因為這個手術需要每個病人4到12個胎兒，所以他們不可能以這種方式治療成千上萬的人，更不用說數萬人了。相反，Studer轉向了干細胞。

近二十年來，Studer和其他人在發現適用于小鼠 iPS 細胞的技術不適用于人類細胞后，一直致力于尋找創建多巴胺神經元的最佳方法。“我們需要重新發明誘導干細胞[成為]多巴胺神經元的技術，”他說。2009 年，Studer 和他的同事報告說，他們發現了兩種信號抑制劑（稱為Noggin和SB431542），使研究人員能夠將高達 80% 的胚胎干細胞快速轉化為神經祖細胞，并且在2011年，他們描述了如何進一步指導它們分化成多巴胺神經元。從那時起，他們開始擴大流程，生產質量可控的大批量多巴胺祖細胞，這些細胞可以冷凍保存。BlueRock 是第一個在帕金森氏癥中測試這種方法的公司，一次可以為數百至數千名患者提供服務。因為參與者正在接受來自健康供體的細胞，他們還需要12個月的免疫抑制治療以防止移植排斥。

免疫抑制是BlueRock方法中一個特別重要的元素，因為它依賴于無法調整為更接近受體自身組織的單個細胞系。由日本京都大學的干細胞科學家和神經外科醫生 Jun Takahashi 領導的一個小組正試圖通過將移植受者與不太可能被排斥的細胞配對來激發較低的免疫反應。研究人員正在使用稱為主要組織相容性復合體 (MHC) 的細胞表面蛋白，這種蛋白可被適應性免疫系統識別，并且在人與人之間具有不同程度的相容性。Takahashi 和他的同事們沒有使用冷凍細胞系，而是為每次移植創建了一批新鮮的 MHC 匹配細胞。

他們的試驗于2018年開始，高橋說參與的四名重癥患者表現良好（另見Nature https://doi.org/gfjxwt; 2018）。他尚未公布療效結果，但這并不奇怪，因為移植細胞可能需要六個月到兩年的時間才能完全站穩腳跟，支配殼核并產生足夠的多巴胺以產生顯著差異。

Takahashi 的小組和 BlueRock 在他們的試驗中能夠收集到的數據都很有限，然而，這僅僅是因為他們的參與者已經患有相當晚期的疾病。從倫理上講，通常很難證明讓處于疾病早期階段的人入組是合理的——他們還沒有發展到尚未證明安全的更極端干預是最佳選擇的地步。然而，一旦疾病進展，大腦可能不太容易接受移植。因此，雖然試驗可以測試安全性，但有效性信號將更難獲得。

一項歐洲合作旨在在未來幾個月內開始自己的帕金森病干細胞療法試驗。該項目名為 STEM-PD，由瑞典隆德大學的神經科學家 Malin Parmar 與瑞典馬爾默斯科訥大學醫院和英國劍橋大學的研究人員共同領導。該小組將使用源自胚胎干細胞的多巴胺神經元祖細胞，目前正在等待監管部門的批準。Parmar 和她的同事計劃在八個人身上測試他們的療法，他們都是中度而不是重度帕金森癥患者。“我們將從仍有很大機會從移植物中獲益的中期患者開始，”Parmar 說。

與此同時，位于加利福尼亞州圣地亞哥的生物技術公司 Aspen Neuroscience 專注于一種不同的、個性化的方法。該公司由 Loring 共同創立，基于她實驗室的技術，使用自體 iPS 細胞。這些源自患者自身皮膚的細胞已被誘導回到干細胞階段，然后被促使分化為多巴胺神經元祖細胞。這是一種旨在避免移植排斥和免疫抑制藥物需求的策略。但這也是一個復雜、漫長的過程，而且可能比其他方法更昂貴——盡管根據 Aspen 的首席醫療官愛德華·沃思 (Edward Wirth) 的說法，該公司預計最早要到 2022 年底才能開始人體試驗，因此他們“我們還沒有推測成本。

“歸根結底，我認為沒有人真正知道什么是最好的方法，而且可能不會只有一種方法，因為不同的患者可能會有所不同，”Parmar 說。“但今天正在進行的試驗 [是] 首次在人體中進行的概念驗證試驗，表明干細胞衍生的多巴胺神經元是安全的，并且可以對患者的大腦產生影響。” 她指出，從那里開始，這項技術只能得到進一步改進。無論是受 Aspen 啟發的使用患者特異性細胞的方法，還是對細胞進行基因改造以防止它們在移植后患上疾病，基本思想仍然是相同的：“用新的、有功能的細胞替換死亡的細胞。”

總結

盡管干細胞療法可能無法治愈帕金森病，但它的倡導者仍然對其前景充滿熱情。“我顯然有偏見，但我對潛力非常樂觀，”塔巴爾說。她說，將干細胞與左旋多巴、DBS 或潛在的新免疫療法結合使用可能有助于減緩甚至阻止這種疾病。“未來將有一條非常激動人心的道路。”