朱 瓊，徐亞麗 綜述，劉 政 審校

(第三軍醫(yī)大學(xué)附屬新橋醫(yī)院超聲科，重慶 400037)

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·綜 述· doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.30.036

神經(jīng)干細胞治療阿爾茨海默病的研究進展*

朱 瓊，徐亞麗△綜述，劉 政 審校

(第三軍醫(yī)大學(xué)附屬新橋醫(yī)院超聲科，重慶 400037)

阿爾茨海默病；神經(jīng)干細胞；治療

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)屬于神經(jīng)退行性疾病，其神經(jīng)元的變性和缺失是不可逆轉(zhuǎn)的，確診后生存期僅為3～9年[1]。20世紀90年代以來，AD患病率增加超過了50%甚至更多[2]。目前，AD患者已超過4 000萬，亟待新的治療方法。神經(jīng)干細胞(neural stem cells， NSCs)給AD的治療帶來了新的希望。但是，成體內(nèi)的內(nèi)源性NSCs數(shù)量極其有限，希望通過刺激內(nèi)源性NSCs增殖分化，或移植外源性NSCs到病灶處，以修復(fù)受損的神經(jīng)組織，補充缺失的神經(jīng)元，為AD提供一種嶄新的神經(jīng)元替代治療方法。

1 NSCs

NSCs是具有自我更新和多向分化潛能的原始細胞，可分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞及少突膠質(zhì)細胞等多種類型的神經(jīng)細胞，且具有高遷移、高播散及低免疫原性的特點。NSCs最早由Reynolds等[3]從成年小鼠紋狀體中分離得到，之后發(fā)現(xiàn)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多個部位都有NSCs的存在，成人的NSCs主要存在于側(cè)腦室下區(qū)和海馬齒狀回顆粒下層，其特征性的標志物是神經(jīng)巢蛋白。

研究發(fā)現(xiàn)移植NSCs不僅能分化為多種類型的神經(jīng)細胞替代缺失神經(jīng)組織，同時能產(chǎn)生多種細胞因子，如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，神經(jīng)生長因子及膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等，并促進突觸發(fā)生、調(diào)節(jié)其可塑性[4-5]，進而有效改善AD動物認知、學(xué)習(xí)與記憶功能。但NSCs究竟是分裂為子代干細胞，還是分化為成熟子代細胞，如何調(diào)控其分化方向，其中的機制又是如何，是目前學(xué)者們研究的熱點。研究發(fā)現(xiàn)，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、血管緊張素Ⅱ和促紅細胞生成素等均能促進NSCs向神經(jīng)元分化。多種信號通路也與NSCs分化相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，丙戊酸鈉能通過激活Wnt-3α 和Wnt/β-catenin通路，誘導(dǎo)NSCs向神經(jīng)元的分化[6]。關(guān)于G蛋白偶聯(lián)受體5-核因子-κB(GRK5-NF-κB)通路在NSCs的分化中的作用，Zhang等[7]研究表明，敲除GRK5后，NSCs不僅分化受到抑制，而且促進了NSCs的凋亡，其機制可能是GRK5敲除后，NF-κB的轉(zhuǎn)錄和LKB1(一種抑癌基因)的磷酸化受到抑制，同時激活了caspase3，進而調(diào)控NSCs的分化和凋亡。Notch通路，泛素蛋白等也與NSCs的分化相關(guān)[8-9]。另外，培養(yǎng)微環(huán)境也影響NSCs的分化，如低氧的培養(yǎng)環(huán)境有利于NSCs向膽堿能神經(jīng)元分化。但到目前為止，尚沒有任何方法能精確調(diào)控NSCs的分化方向和比例，仍需進一步探索。

2 NSCs治療AD的進展

近年來關(guān)于干細胞移植治療AD的研究很多，各種干細胞均能分化為神經(jīng)細胞，但NSCs是神經(jīng)元最直接的來源，是最理想的替代細胞。胚胎干細胞(ESCs)能夠分化為神經(jīng)元，但其來源存在倫理爭議，而且術(shù)后容易致發(fā)畸胎瘤，目前尚無法應(yīng)用于臨床。誘導(dǎo)多能干細胞(iPS)來源廣泛，操作簡單，但具有致癌性，誘導(dǎo)效率低。間充質(zhì)干細胞(MSCs)具有來源廣、易分離、可自體移植等優(yōu)點，但分化為神經(jīng)元及重建突觸功能還有待進一步研究。NSCs遷移及傳播能力強，不僅能補充神經(jīng)元，且能重建部分環(huán)路和功能[10]，是神經(jīng)元替代的理想靶細胞。有研究發(fā)現(xiàn)，在脊髓損傷修復(fù)中，靜脈注射NSCs較骨髓MSCs，大鼠的運動功能恢復(fù)速度更快，恢復(fù)的效果也更好[11]。NSCs分化為新的神經(jīng)元以替代和修復(fù)AD患者腦組織中受損的神經(jīng)元，目前主要有兩種途徑：(1)內(nèi)源性途徑，即誘導(dǎo)內(nèi)源性的NSCs增殖、分化，使受損的神經(jīng)系統(tǒng)進行自我修復(fù)；(2)外源性途徑，即直接移植外源性的NSCs以替代缺損的神經(jīng)組織或植入基因工程細胞。

2.1 內(nèi)源性途徑 內(nèi)源性途徑是通過激活體內(nèi)自身的NSCs，使其再進入新的細胞循環(huán)，并誘導(dǎo)其增殖分化為所需的各種成熟的神經(jīng)細胞，修復(fù)或替代受損的神經(jīng)組織的過程。在AD病理情況下，腦部可有內(nèi)源性NSCs增殖，但不足以有效修復(fù)和替代受損神經(jīng)組織。所以有學(xué)者認為，神經(jīng)退行性疾病實際上是內(nèi)源性神經(jīng)再生失敗的過程。如果能找到有效的方法誘導(dǎo)內(nèi)源性NSCs的增殖分化，將給AD患者帶來福音。研究發(fā)現(xiàn)，外源性的細胞因子能夠促進內(nèi)源性NSCs的增殖分化。Han等[12]研究發(fā)現(xiàn)，NSCs產(chǎn)生的血管內(nèi)皮生長因子受體3(VEGFR3)及其配體VEGF-C，能激活靜止狀態(tài)的NSCs進入新的細胞周期，分化為神經(jīng)前體細胞，說明VEGF-C/VEGFR3通路能夠特異性地激活NSCs，調(diào)節(jié)其增殖分化。有研究認為血管內(nèi)皮生長因子可改變AD大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力，其機制是通過刺激大鼠海馬區(qū)血管發(fā)生和神經(jīng)生成[13]。在AD小鼠模型中，Baron等[14]發(fā)現(xiàn)干擾素-γ能提高成體小鼠海馬齒狀回神經(jīng)發(fā)生，從而改善其空間學(xué)習(xí)記憶能力。神經(jīng)內(nèi)固醇3α，5α-四氫孕酮(ALLO)，是γ氨基丁酸受體A亞型的正性變構(gòu)劑，有研究發(fā)現(xiàn)，ALLO能夠明顯減少海馬、皮質(zhì)和杏仁體中Aβ的產(chǎn)生，激活NSCs分化相應(yīng)的信號通路，當(dāng)ALLO每周治療劑量為10 mg/kg時，能夠促進神經(jīng)系統(tǒng)再生，延緩AD病程的進展，改善認知和記憶功能[15]。Wei等[16]研究發(fā)現(xiàn)，低劑量的射線(0.3 Gy)能夠激活Wnt/β-catenin通路，刺激內(nèi)源性NSCs的增殖和分化。另外，研究發(fā)現(xiàn)改善認知功能和治療癡呆的藥物、豐富的生活環(huán)境、針刺療法等在一定程度上也能激活內(nèi)源性的NSCs。以上研究提出，能否利用外源性的某種細胞因子或聯(lián)合應(yīng)用多種細胞因子，來調(diào)控內(nèi)源性NSCs的增殖分化，但由于NSCs分化的各個階段所需細胞因子種類、濃度不同，各種因子聯(lián)合的有效性及安全性也無法確定，故仍待進一步研究證實。

2.2 外源性途徑 外源性途徑即將體外培養(yǎng)并分化為特定的神經(jīng)細胞移植到體內(nèi)，或直接移植NSCs，通過信號引導(dǎo)作用使其分化為神經(jīng)元并建立細胞連接和功能的過程。根據(jù)是否對神經(jīng)干細胞進行基因工程改造，分為異體NSCs移植和NSCs相關(guān)基因治療兩種。

2.2.1 異體NSCs移植 實驗證實，將外源性的NSCs移植到體內(nèi)后，NSCs能向病灶遷移，并分化為特定部位的相應(yīng)細胞，其分化方向既與NSCs的內(nèi)在特性有關(guān)，也與所處微環(huán)境密切相關(guān)。例如過量表達淀粉樣蛋白前體將會導(dǎo)致移植的NSCs產(chǎn)生更多的星形膠質(zhì)細胞而不是神經(jīng)元。在體外通過細胞因子將NSCs誘導(dǎo)為特定細胞后移植到損傷部位，或者是直接將NSCs移植到損傷部位后同時注入相關(guān)的細胞因子，這兩種方法都可以改變NSCs局部微環(huán)境，進而促進其增殖分化。但到目前為止尚沒有發(fā)現(xiàn)利用某些細胞因子能將NSCs全部誘導(dǎo)為所需功能的神經(jīng)細胞。Zhang等[5]將NSCs移植到海馬區(qū)后，多種細胞因子產(chǎn)生增多，如N-甲基-D-天冬氨酸 2B單位、突觸素、蛋白激酶C ζ 亞型、酪氨酸受體激酶B及腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等，且長時程增強效應(yīng)增強，AD小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力得到改善。Chen等[17]研究發(fā)現(xiàn)，將NSCs移植到12個月大小的轉(zhuǎn)基因AD小鼠的海馬區(qū)后，與未移植NSCs的對照組比較，在水迷宮實驗中實驗組小鼠的空間記憶和學(xué)習(xí)能力明顯優(yōu)于對照組，冰凍切片結(jié)果也顯示實驗組的神經(jīng)元細胞明顯多于對照組，提示NSCs移植到海馬區(qū)后能夠分化為神經(jīng)元，進而改善了AD小鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力。有研究發(fā)現(xiàn)，雪旺細胞及嗅鞘細胞分別與NSCs聯(lián)合移植，NSCs的存活率均較單獨移植NSCs高，且分化為膽堿能神經(jīng)元的數(shù)量也增多，AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力改善也更明顯[18-19]。到目前為止，盡管許多基礎(chǔ)研究表明，移植NSCs在AD治療中效果明顯，但究竟是NSCs分化為神經(jīng)元替代損傷的神經(jīng)組織，還是NSCs分泌的細胞因子或者是移植的NSCs激活了某些信號通路進而促進了神經(jīng)發(fā)生，尚存在爭議。

2.2.2 NSCs相關(guān)基因治療 隨著基因工程的發(fā)展，利用基因工程細胞替代和基因治療已成為整個生命科學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點，其中尋找合適的載體是基因治療中最為關(guān)鍵的技術(shù)。將NSCs作為基因治療的載體，可以彌補許多其他載體的不足，且能提高外源性基因的表達效率。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將神經(jīng)營養(yǎng)因子基因等導(dǎo)入NSCs中，然后將NSCs導(dǎo)入體內(nèi)，使其表達外源性基因，進而改善局部微環(huán)境，從而阻止神經(jīng)元的變性壞死，促進NSCs的增殖分化[20]。Blurton-Jones等[21]在AD模型上已經(jīng)證實，NSCs能夠有效地遞送治療AD相關(guān)的蛋白到達腦內(nèi)。他們在體外培養(yǎng)了能大量表達腦啡肽酶的NSCs，移植到AD老鼠模型中后，有效地減少了Aβ相關(guān)的病理過程，增加了突觸間的聯(lián)系。國內(nèi)有實驗研究表明，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子修飾的神經(jīng)干細胞和胰島素樣生長因子修飾的神經(jīng)干細胞移植后，對AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力都有明顯改善，其中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子修飾的神經(jīng)干細胞能夠通過抑制海馬區(qū)p75表達來防止由Aβ1-40造成的神經(jīng)損傷[22-23]。Ben Menachem-Zidon等[24]利用基因工程將抗炎因子的基因?qū)隢SCs中后移植入AD老鼠，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達量增多，同時海馬區(qū)細胞的數(shù)量增多，在水迷宮實驗中，其學(xué)習(xí)記憶功能明顯優(yōu)于僅移植神經(jīng)前體細胞的老鼠。但目前載基因NSCs用于AD治療仍處于實驗研究階段，如何安全高效地組合NSCs和目的基因仍需進一步研究。

3 問題與展望

近年來研究NSCs治療AD取得了一定的進展，但目前仍停留在動物實驗階段，在研究中尚存在一些問題。一是AD的主要病理環(huán)節(jié)是老年斑和神經(jīng)元纖維纏結(jié)，但目前對Aβ的來源尚沒有定論，沒有任何一種疾病模型能夠完全模仿此病理過程。目前使用的模型是同時攜帶APP和PS1基因的AD小鼠[25]。另外，NSCs的增殖、分化、遷移及局部微環(huán)境調(diào)控機制尚不清楚，對移植后的NSCs分化方向缺乏有效的調(diào)控手段，分化產(chǎn)生的神經(jīng)元能否形成突觸、建立有效的細胞間功能連接是目前面臨的主要瓶頸。移植后神經(jīng)功能恢復(fù)情況的評估，目前主要采用行為學(xué)指標來判斷，但神經(jīng)功能的改善究竟是NSCs產(chǎn)生的新的神經(jīng)元替代受損神經(jīng)組織導(dǎo)致，還是因為NSCs在體內(nèi)產(chǎn)生的神經(jīng)營養(yǎng)作用；單獨移植NSCs能否有效減少Aβ的沉積、增加其清除；針對不同環(huán)節(jié)，聯(lián)合Aβ抗體和神經(jīng)元替代治療能否提高治療效果。這些問題都還有待進一步研究。相信隨著對NSCs認識的深入，應(yīng)用NSCs治療AD或其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病在不久的將來將會成為現(xiàn)實。

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國家自然科學(xué)基金資助項目(81471795)。 作者簡介：朱瓊(1990-)，在讀碩士，主要從事超聲空化治療相關(guān)研究。△

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