劉 冰

(濰坊醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學院，山東 濰坊 261053)

在治療神經(jīng)退行性疾病中，最關(guān)鍵的問題在于疾病對于神經(jīng)的傷害是不可逆的，因為大腦和脊髓的神經(jīng)元不能再生[1]。鑒于神經(jīng)退行性疾病通常是由于神經(jīng)細胞的消亡，神經(jīng)干細胞(neural stem cell,NSC)移植成為治療神經(jīng)退行性疾病的希望[2]。NSC移植的主要目的是通過其再生能力和定向分化能力，取代缺失的細胞和組織[3]，一些信號通路如堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix，bHLH)[4]等已被證明可以誘導(dǎo)NSC的定向分化。用NSC當作中樞神經(jīng)系統(tǒng)移植的細胞源有很多益處：可以獲得大量且均一的細胞，增殖速度和分化方向可控(bHLH信號通路可調(diào)節(jié))，容易與宿主細胞形成正常細胞關(guān)聯(lián)等[5]。已經(jīng)有研究證實在帕金森病(Parkinson’s disease，PD)、阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)和肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)的動物模型中移植NSC的有利影響。

1 神經(jīng)干細胞移植治療PD

PD是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，我國65歲以上人群PD的患病率大約是1.7%。大部分PD患者為散發(fā)病例，僅有不到10%的患者有家族史。其臨床表現(xiàn)主要包括靜止性震顫、運動遲緩、肌強直和姿勢步態(tài)障礙，同時患者可伴有抑郁、便秘和睡眠障礙等非運動癥狀[6]。治療PD的一線藥物是多巴胺前體1-3，4二羥(左旋多巴)等，然而，副作用也會隨著其長期使用逐漸顯現(xiàn)，包括運動障礙和精神癥狀[7]。

目前的治療方法只能緩解癥狀，還沒有一個有效的方法可以治愈PD。多巴胺可以緩解PD的癥狀啟示我們，多巴胺神經(jīng)元的替換可能會為治愈疾病提供幫助。PD患者的人胎腦組織移植臨床試驗開始于1987年，移植后，其在患者腦內(nèi)分裂出了多巴胺神經(jīng)元，顯示出可喜的結(jié)果[8]。然而，在這些早期研究中也出現(xiàn)了不少問題，如移植的位置，劑量和排異反應(yīng)等，而且每移植一名患者需要提供4個胎兒，顯然在臨床上這是一個不可實現(xiàn)的方法。但是這些研究為尋找一個倫理學上可以接受的且取之不盡的細胞源頭打下了基礎(chǔ)[9]。作為一種替代方法，NSC已經(jīng)被證明可以分化成各種神經(jīng)元，包括多巴胺神經(jīng)元。NSC移植治療PD的機制有：分化為新的多巴胺能神經(jīng)元，保護和營養(yǎng)多巴胺能神經(jīng)元以及增加內(nèi)源性多巴胺的生成。試驗證明，在PD動物模型中進行體外培養(yǎng)的NSC移植后，PD模型動物的運動能力得到較好的恢復(fù)，這說明NSC重新生成了有功能的神經(jīng)連接。王家增等將帶有綠色熒光蛋白的NSC移植到PD模型大鼠的紋狀體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)移植的細胞可分化出TH陽性細胞，大鼠腦內(nèi)多巴胺含量增加明顯，其旋轉(zhuǎn)行為也有明顯改善[10]。在臨床研究中，首例人類NSC移植治療PD的試驗在瑞典進行，在為12位患者移植NSC后一個月，有明顯改善的患者占41.6%。陳濤等將原代培養(yǎng)的NSC注入12例確診的PD病人的尾狀核頭中，移植后3個月臨床癥狀改善率為75%，術(shù)后6個月改善率為83.3%。說明體外培養(yǎng)的NSC可以有效治療PD，但遠期療效還需要進一步觀察[11]。

2 神經(jīng)干細胞移植治療AD

AD又名老年性癡呆，是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，起病隱匿，慢性進行。主要表現(xiàn)為漸進性記憶障礙、認知功能障礙、人格改變及語言障礙等神經(jīng)精神癥狀[12-13]。AD的病因及發(fā)病機制尚未闡明，特征性病理改變?yōu)棣?淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)沉積形成的細胞外老年斑和tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)細胞內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)，以及神經(jīng)元丟失伴膠質(zhì)細胞增生等[14]。

AD的主要治療藥物是乙酰膽堿酯酶抑制劑，然而其只能暫時增強膽堿能神經(jīng)的功能，而不能完全治愈疾病。傳統(tǒng)概念里，NSC移植只適用于局部性的神經(jīng)系統(tǒng)病變，所以NSC治療PD的研究更多，然而NSC表現(xiàn)出的高遷移能力，為治療AD這種彌散性的腦損傷提供了新的視野[15]。Tate等研究發(fā)現(xiàn)在大鼠腦內(nèi)注射人Aβ會在大鼠腦內(nèi)產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，注射在側(cè)腦室的NSC可以遷移到Aβ沉積區(qū)。這表明NSC能夠識別并追蹤Aβ?lián)p傷區(qū)，其在治療AD等大片腦神經(jīng)損傷的神經(jīng)退行性病變中可以起到攜帶治療性分子的作用[16]。Qu等發(fā)現(xiàn)，將體外培養(yǎng)的人類NSC注射入患AD模型大鼠的側(cè)腦室，幾周后在Morris水迷宮實驗中，其認知能力明顯好于沒有注射的對照組。這證明了外源性NSC改進了PD模型大鼠的認知能力[17]。國內(nèi)學者使用體外培養(yǎng)的NSC和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子聯(lián)合治療AD模型大鼠，發(fā)現(xiàn)能夠改善大鼠學習記憶能力，還發(fā)現(xiàn)其海馬膽堿能纖維再生[18]。

3 神經(jīng)干細胞移植治療ALS

ALS又稱漸凍人癥，是一種進行性運動神經(jīng)元病。上、下運動神經(jīng)元均可累及，臨床上表現(xiàn)為上、下運動神經(jīng)元合并受損的混合性癱瘓。其病因尚不明確，可能與遺傳、自體免疫、病毒的侵犯等有關(guān)[19]。

利魯唑是當前唯一可用于治療本病的藥物，但其作用只能是緩解疾病進展，不能治愈。其他基因療法，酶療法等已被證明無效[20]，人們迫切需要對于本病的新療法。在動物試驗中，人類胚胎NSC移植已經(jīng)被證明在治療本病中有良好的前景[21]。Hefferan等發(fā)現(xiàn)人類胚胎NSC能在ALS模型鼠的脊髓中遷移到受損的部分，分化成運動神經(jīng)元，并可生成神經(jīng)肌肉接頭，同時模型動物的部分運動功能得到恢復(fù)[22]。2002年，Wu等將NSC通過第四腦室注射入腦脊液治療脊髓損傷模型，發(fā)現(xiàn)在腦脊液的轉(zhuǎn)運下，NSC在脊髓軟腦膜上呈簇生長，遷移到損傷部位并整合入脊髓組織中，分化成為膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元[23]。梁豪文等研究發(fā)現(xiàn)，給11位ALS病人應(yīng)用腰椎穿刺脊髓蛛網(wǎng)膜下腔或靜脈注射等方法移植臍血來源的NSC后，病人的功能獨立性得到一定恢復(fù)，F(xiàn)IM評分升高[24]。

在NSC移植治療神經(jīng)退行性疾病中，想要使其分化增殖并取代受損的神經(jīng)元有以下幾個問題需要解決：1)要誘導(dǎo)NCS定向分化為需要的神經(jīng)元；2)要保證NSC有足夠的分裂能力；3)使新生的神經(jīng)元能與對應(yīng)的肌細胞建立起突觸聯(lián)系；4)新生的神經(jīng)元要能整合到原有的神經(jīng)環(huán)路。研究表明，bHLH轉(zhuǎn)錄因子家族參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)中NSC的分化和增殖。根據(jù)其作用可分為激活型和抑制性，前者包括Mash-1，Math-1和NeuroD等，可誘導(dǎo)NSC向神經(jīng)元分化；后者包括Hes1、Hes5等，可使神經(jīng)元處于增殖狀態(tài)，抑制其分化。因此，研究bHLH轉(zhuǎn)錄因子家族，對控制NSC的分化方向和增強其增殖能力具有重要意義[25]。

Mash-1是哺乳動物神經(jīng)分化發(fā)育的早期關(guān)鍵基因，在NSC發(fā)育成神經(jīng)元的過程中起到重要作用。近年來，通過基因敲除技術(shù)的應(yīng)用也證明了Mash-1在神經(jīng)分化發(fā)育中的重要作用。敲除Mash-1的小鼠端腦萎縮，神經(jīng)分化不良，NSC能分化為神經(jīng)前體細胞，但不能生成成熟神經(jīng)元，表明Mash-1具有促進神經(jīng)元的分化作用。研究表明，Mash-1在小鼠胚胎發(fā)育的早期表達，并調(diào)控自主神經(jīng)，嗅神經(jīng)和視網(wǎng)膜等的神經(jīng)元分化。Mash-1基因及其蛋白水平的高低決定了NSC分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的多少。NSC的Mash-1基因表達后，Mash-1轉(zhuǎn)錄因子會啟動一些相關(guān)基因的表達，產(chǎn)生許多神經(jīng)元和某些特殊亞型的神經(jīng)元[26]。王劍博等發(fā)現(xiàn)Hes1與Hes5高表達于NSC中，在敲除掉Hes1和Hes5的小鼠中，大部分膠質(zhì)細胞提前分化成神經(jīng)元。表明Hes1和Hes5對于維持NSC的數(shù)量具有重要作用[27]。研究證明，Hes1只在NSC中表達，它可抑制Mash-1的活性與表達，增加NSC中Hes1的表達將抑制NSC分化為神經(jīng)元。在NSC的定向分化中，激活型和抑制型bHLH轉(zhuǎn)錄因子之間保持的某種動態(tài)平衡發(fā)揮著重要的作用，通過改變bHLH轉(zhuǎn)錄因子的表達有可能實現(xiàn)對NSC定向分化的調(diào)控。

4 結(jié)語

目前，雖然在NSC移植治療神經(jīng)退行性疾病方面的研究取得了較大突破，但是還處于早期階段，有許多問題還亟待解決。如當前的臨床研究主要針對其臨床療效，對于其治療的具體機制研究較少，大多數(shù)研究以動物為對象，與人體疾病也存在一定的差異。且來源人的NSC相對匱乏，來源于成體腦的NSC分化潛能相對較弱。NSC移植治療的安全性及副作用還需認真評估。此外，因?qū)SC誘導(dǎo)分化機制仍然不是十分清楚，所以誘導(dǎo)其定向分化也比較困難。對bHLH等轉(zhuǎn)錄因子家族的研究證實，存在一條可以使NSC定向分化的調(diào)控途徑，但還需深入研究。相信隨著分子生物學技術(shù)水平的不斷提高，人們對神經(jīng)退行性疾病及指導(dǎo)NSC定向分化等認識將達到一個新的更高的水平。那時，治愈神經(jīng)退行性疾病的患者將不是夢想。

[1] Kesidou E，Lagoudaki R，Touloumi O，et al. Autophagy and neurodegenerative disorders[J]. Neural Regen Res, 2013，8(24)：2275-2283.

[2] Hiroshi Kanno. Regenerative therapy for neuronal diseases with transplantation of somatic stem cells[J].World J Stem Cells,2013, 5(4): 163-171.

[3] Ian Ladran，Ngoc Tran，Aaron Topol et al. Brennand.Neural stem and progenitor cells in health and disease[J]. WIREs Syst Biol med ,2013，5：701-715.

[4] Acharya A，Baek ST，Huang G，et al. The bHLH transcription factor Tcf21 is required for lineage-specific EMT of cardiac fibroblast progenitors[J]. Development，2012,139(12)：2139-2149.

[5] G?gel S1, Gubernator M, Minger SL. Progress and prospects: stem cells and neurological diseases[J].Gene Ther,2011,18(1):1-6.

[6] Xia JG，Miu JL，Ding HB，et al. Changes of brain gray matter structure in Parkinson’s disease patients with dementia[J]. Neural Regen Res, 2013,8(14)：276-1285.

[7] Yoon HH，Min J，Shin N，et al. Are human dental papilla-derived stem cell and human brain-derived neural stem cell transplantations suitable for treatment of Parkinson’s disease? [J]. Neural Regen Res,2013,8(13)：1190-1200.

[8] Bhattacharya N，Chhetri MK，Mukherjee KL，et a1. Can human fetal cortical brain tissue transplant (up to 20 weeks) sustain its metabolic and oxygen requirements in a heterotopic site outside the brain? A study of 12 volunteers with Parkinson’s disease[J]．Clin Exp Obstet Gynecol,2002，29(4)：259-266．

[9] Chen LW, Kuang F, Wei LC, et al. Potential application of induced pluripotent stem cells in cell replacement therapy for Parkinson's disease[J]. CNS Neurol Disord Drug Targets,2011，10(4):449-58.

[10] 王家增. 攜帶綠色熒光蛋白基因的神經(jīng)上皮干細胞移植治療帕金森病[J]. 中國組織工程研究,2012，16(6)：1080-1084.

[11] 陳濤，田增民，尹豐，等. 神經(jīng)干細胞移植治療帕金森病的臨床研究[J]. 中國微侵襲神經(jīng)外科雜志,2012，17(10)：452-453.

[12] Eva Tomaskovic-Crook and Jeremy M. Crook. Human Embryonic Stem Cell Therapies for Neurodegenerative Diseases[J]. CNS & Neurological Disorders - Drug Targets,2011，10:440-448.

[13] 邵澤偉，劉曉鐘，山風蓮，等.Alzhemer's 病患者蛋白(a)與血小板活化因子的變化[J]. 濟寧醫(yī)學院學報，2002，25(4)：25-26.

[14] Zhang P，Adams U，Yuan Z Q. Re-mention of an old neurodegenerative disease：Alzheimer’s disease[J]. Chin Sci Bull,2013，58：1731-1736.

[15] 沈雪莉，張斯萌，崔夢遙，等. 神經(jīng)干細胞移植對癡呆大鼠記憶功能及海馬組織氧化應(yīng)激的影響[J]. 解剖科學進展,2011， 17(3)：304-307.

[16] Tate BA，Werzanski D，Marciniack A，et a1．Migration of neural stem cells to Alzheimer-like lesions in an animal model of AD[J]． Soc Neurosci Abstr，2000，26(2)：496-49.

[17] Kwak YD, Marutle A, Dantuma E, et al. Involvement of notch signaling pathway in amyloid precursor protein induced glial differentiation[J].Eur J Pharmacol,2011 , 650(1):18-27.

[18] 趙志英，胡海濤，馮政豐，等．人腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子基因修飾神經(jīng)干細胞移植對癡呆大鼠學習記憶的改善[J]．中國修復(fù)重建外科雜志，2005，19(5)：331-334.

[19] Kiernan MC，Vucic S，Cheah BC，et al. Amyotrophic lateral sclerosis[J]. Lancet, 2011，377(9769)：942-955.

[20] Li SC，Yin HZ，Loudon WG，et al.Cultivating stem cells for treating amyotrophic lateral sclerosis[J]. World J Stem Cells, 2012，4(12)：117-119.

[21] Rossi SL，Nistor G，Wyatt T，et al. Histological and functional benefit following transplantation of motor neuron progenitors to the injured rat spinal cord[J].PLoS One, 2010，5：e11852.

[22] Hefferan MP，Johe K，Hazel T，et al. Optimization of immunosuppressive therapy for spinal grafting of human spinal stem cells in a rat model of ALS[J]. Cell Transplant ,2011,20：1153-1161.

[24] Jeong SY, Rathore KI, Schulz K, et al. Dysregulation of iron homeostasis in the CNS contributes to disease progression in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis[J].J Neurosci,2009,29(3):610-619.

[25] Ross SE，Greenberg ME，Stiles CD. Basic helix-loop-helix factors in cortical development[J]．Neuron，2003，39(1)：13-25．

[26] Deng C1, Li Y, Liang S, et al. USF1 and hSET1A mediated epigenetic modifications regulate lineage differentiation and HoxB4 transcription[J].PLoS Genet, 2013 ,9(6):e1003524.

[27] Nakatani T, Minaki Y, Kumai M, et al. Helt determines GABAergic over glutamatergic neuronal fate by repressing Ngn genes in the developing mesencephalon [J].Development，2007 ,134(15):2783-2793.