羅 靜，紀(jì)瓊瓊，王培軍

（同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，上海 200333）

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一種隱匿起病、進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)退行性疾病，臨床上以記憶障礙、失語、失用、失認(rèn)、視空間技能損害、執(zhí)行功能障礙以及人格和行為改變等全面性癡呆表現(xiàn)為特征，病因迄今未明。由阿爾茨海默病導(dǎo)致的癡呆患者數(shù)量占所有癡呆患者數(shù)量的60%-80%。世界阿爾茨海默病2018年度報告指出全球每3秒鐘就有一例癡呆患者產(chǎn)生，2018年世界范圍的癡呆患者數(shù)量大約有5000萬，2050年這一數(shù)字有望達(dá)到1.52億。目前，我們?nèi)圆磺宄嗀D的具體發(fā)病機(jī)制，臨床上尚無防治措施，常用藥多奈哌齊、加蘭他敏等僅用于疾病早期延緩AD進(jìn)展。隨著干細(xì)胞技術(shù)及細(xì)胞移植治療的快速發(fā)展，干細(xì)胞的多向分化和增殖能力為阿爾茨海默病患者帶來了新的希望。本文就AD的干細(xì)胞治療展開綜述, 報告如下。

1 阿爾茨海默病的病理生理學(xué)

細(xì)胞外的β淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）沉積和細(xì)胞內(nèi)的神經(jīng)纖維纏結(jié)是AD的病理特征，此外還有突觸功能受損、神經(jīng)炎癥等等。

Aβ蛋白生成與清除的失衡所導(dǎo)致的Aβ蛋白沉積是AD病理過程的中心環(huán)節(jié)[1]。Aβ蛋白由跨膜的淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）經(jīng)過β分泌酶和γ分泌酶的剪切形成并釋放到細(xì)胞外，而后經(jīng)過結(jié)構(gòu)修飾獲得β折疊結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的π-π堆積，形成多種形式的聚合體，其中可溶性寡聚體具有神經(jīng)毒性，影響突觸功能且降低突觸數(shù)量，并可逐步沉積為不可溶的大纖維。Aβ蛋白沉積引發(fā)其他因子參與完成AD的病理改變，其誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的微管相關(guān)蛋白tau蛋白高度磷酸化，形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，導(dǎo)致微管失去正常結(jié)構(gòu)，神經(jīng)元細(xì)胞骨架瓦解，造成突觸和神經(jīng)元丟失[2]；此外，膠質(zhì)細(xì)胞聚集在細(xì)胞外Aβ淀粉斑塊周圍，引發(fā)神經(jīng)炎癥，致使吞噬功能失調(diào)；腦啡肽酶、胰島素降解酶和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶I等降解Aβ蛋白的酶活性減低，都使Aβ蛋白清除減少，Aβ蛋白持續(xù)沉積，最終造成認(rèn)知功能下降和記憶缺損[1-3]。

2 阿爾茨海默病的藥物治療

AD的發(fā)病機(jī)制目前仍不清楚，目前比較流行的有Aβ淀粉樣肽級聯(lián)假說、膽堿能神經(jīng)元損傷假說、神經(jīng)炎癥假說、基因異常假說。針對不同的假說，已經(jīng)開發(fā)出很多藥物并應(yīng)用于臨床?？笰D藥物的研發(fā)主要有以下三個目標(biāo)：①抗氧化；②清除大腦中的Aβ沉積物，延遲認(rèn)知損傷；③調(diào)節(jié)tau蛋白的磷酸化，減少錯誤折疊和異常聚集[4-6]。乙酰膽堿酯酶（Ach E）抑制劑目前仍是AD治療的一線藥物。美國FDA已經(jīng)批準(zhǔn)多奈哌齊、卡巴拉汀和加蘭他敏作為臨床一線用藥。其中多奈哌齊 (Donepezil) 用于治療輕-中度AD（Mild to Moderate AD）, 對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的乙酰膽堿酯酶具有更高的選擇性, 抑制酶的活性，持續(xù)時間長且沒有外周作用, 能顯著提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)乙酰膽堿濃度,從而改善認(rèn)知功能[7]。興奮性氨基酸（NMDA）受體抑制劑鹽酸美金剛于2003年被美國FDA批準(zhǔn)用于治療中-重度AD，防止NMDA受體的細(xì)胞內(nèi)鈣超載，調(diào)節(jié)谷氨酸等興奮性遞質(zhì)，阻止谷氨酸濃度增加而導(dǎo)致的神經(jīng)元損傷，從而提高患者生活質(zhì)量。此外多種抗氧化劑、中藥、非甾體抗炎藥等也都有用于治療AD，但療效還有待進(jìn)一步評估。

3 阿爾茨海默病的干細(xì)胞治療

干細(xì)胞是來自于胚胎、胎兒或成體內(nèi)具有在一定條件下無限制自我更新與增殖分化能力的一類細(xì)胞，能夠產(chǎn)生表現(xiàn)型與基因型和自己完全相同的子細(xì)胞，也能產(chǎn)生組成機(jī)體組織、器官的已特化的細(xì)胞，同時還能分化為祖細(xì)胞。目前用于移植治療阿爾茨海默病的常見干細(xì)胞種類有神經(jīng)干細(xì)胞，間充質(zhì)干細(xì)胞，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞。

表1 不同種類干細(xì)胞治療AD的優(yōu)缺點總結(jié)

大量的研究已經(jīng)證實，移植的干細(xì)胞能夠在腦內(nèi)存活，并與宿主腦神經(jīng)融合，改善阿爾茨海默病模型小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。Zhang等人將成人外周血液中的單核細(xì)胞重編程為iNPCs,隨后將攜帶綠色熒光蛋白的iNPCs立體定位注射到免疫缺陷小鼠的雙側(cè)海馬區(qū)，隨后借助激光掃描共聚焦顯微鏡觀察移植細(xì)胞的形態(tài)分布，發(fā)現(xiàn)移植入海馬區(qū)的iNPCs會迅速停止增殖，并在宿主海馬中分化為神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞，由iNPCs來源的神經(jīng)元在宿主體內(nèi)至少存活了12個月，且形成較長的軸突并與宿主海馬整合。通過電生理和光遺傳學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)移植細(xì)胞和宿主神經(jīng)元之間形成了功能性的突觸連接，Y迷宮和Barnes迷宮發(fā)現(xiàn)小鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力明顯改善[8]。

3.1 胚胎干細(xì)胞(ESCs)

胚胎干細(xì)胞具有巨大的分化潛力，可以分化為體內(nèi)幾乎所有細(xì)胞，加上它的無限的自我更新能力使得胚胎干細(xì)胞成為細(xì)胞移植治療的優(yōu)選項，但胚胎干細(xì)胞只能從胚胎5-6天的囊胚中分離，使得胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用具有極大的爭議，倫理學(xué)和法律限制了其應(yīng)用[9]?；浊澳X膽堿能系統(tǒng)在信息處理和認(rèn)知功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Yue等人將ESCs來源的基底前腦膽堿能神經(jīng)元祖細(xì)胞移植到轉(zhuǎn)基因AD小鼠的雙側(cè)海馬區(qū)，兩個月后發(fā)現(xiàn)移植的細(xì)胞已經(jīng)分化為成熟的膽堿能神經(jīng)元，并且在結(jié)構(gòu)和功能上整合進(jìn)入AD小鼠的內(nèi)源膽堿能投射系統(tǒng)中，Morris水迷宮顯示細(xì)胞移植兩個月后小鼠的認(rèn)知能力得到改善[10]。

3.2 神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）

神經(jīng)干細(xì)胞主要存在于海馬齒狀回（DG）及側(cè)腦室下層（SVZ），因其能夠分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞等神經(jīng)細(xì)胞，因此是治療神經(jīng)退行性疾病的理想細(xì)胞。Lee等將人源的神經(jīng)干細(xì)胞（hNSCs）移植入NSE/APP轉(zhuǎn)基因AD模型鼠雙側(cè)腦室，在移植后第5周、第6周、第12周利用水迷宮檢測小鼠穿越站臺次數(shù)以及在站臺停留時間，結(jié)果顯示，hNSCs移植改善了模型小鼠的空間記憶障礙，但不能預(yù)防轉(zhuǎn)基因小鼠的長期進(jìn)行性認(rèn)知缺陷。通過免疫組化、蛋白印跡實驗、ELISA等證實了移植神經(jīng)干細(xì)胞能夠減少模型小鼠中Aβ斑塊和磷酸化的Tau。hNSCs能使小膠質(zhì)細(xì)胞失活而減少炎癥介質(zhì)表達(dá)，同時自身分泌抗炎因子減輕AD的神經(jīng)炎癥。hNSCs還通過營養(yǎng)供給促進(jìn)了突觸可塑性和抗凋亡功能[11]。

3.3 間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）

間充質(zhì)干細(xì)胞是一類可以從多種器官中分離出來的多能干細(xì)胞，例如骨髓（BM-MSC），臍帶（UCB-MSC），脂肪組織（AD-MSC），外周血，羊水等等[12]。間充質(zhì)干細(xì)胞易于獲取，具有高度增殖能力且可以穿過血腦屏障使得其在臨床和科研中應(yīng)用非常廣泛。類似于其它干細(xì)胞類型，MSCs移植可以降低淀粉樣蛋白沉積和Tau的磷酸化，改善學(xué)習(xí)記憶能力，通過上調(diào)抗炎因子，下調(diào)促炎因子來調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥。

3.4 誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSCs）

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞最早由日本京都大學(xué)Shinya Yamanaka教授提出，他的團(tuán)隊將攜帶Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四種轉(zhuǎn)錄因子的基因克隆入病毒載體，然后引入小鼠成纖維細(xì)胞（MEF），發(fā)現(xiàn)MEF可以轉(zhuǎn)分化為干細(xì)胞，產(chǎn)生的iPS細(xì)胞在形態(tài)、基因、和蛋白表達(dá)等方面與胚胎干細(xì)胞相似，我們將這類細(xì)胞稱為誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞[13]。iPSCs成功避免了倫理問題，可以利用自體來源的細(xì)胞重編程來獲得干細(xì)胞，避免了移植后的免疫反應(yīng)。但誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞誘導(dǎo)率低下，轉(zhuǎn)分化周期長限制了其應(yīng)用，目前僅停留在研究階段。

4 干細(xì)胞治療的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

4.1 治療標(biāo)準(zhǔn)尚未建立

目前對于干細(xì)胞治療，行業(yè)內(nèi)未形成統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范，對于AD模型鼠、移植干細(xì)胞種類，移植細(xì)胞數(shù)量，注射部位及相應(yīng)腦區(qū)，注射方法，評價手段都未形成可靠的參考標(biāo)準(zhǔn)，這樣造成數(shù)據(jù)的推廣受限，臨床應(yīng)用受限。

4.2 干細(xì)胞治療的具體機(jī)制仍有待研究

大量的研究已經(jīng)表明干細(xì)胞移植后能夠明顯改善小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，移植后的干細(xì)胞能夠在腦內(nèi)分化，形成新的神經(jīng)元，并與宿主腦神經(jīng)形成功能網(wǎng)絡(luò)，與宿主的神經(jīng)元形成功能性的突觸連接，但對于AD病理標(biāo)志物影響的報道并不多見，且通過何種機(jī)制改善宿主的學(xué)習(xí)記憶能力，目前僅有行為學(xué)測試Morris 水迷宮并不能很清晰地解釋這一機(jī)制。

4.3 干細(xì)胞治療具有廣闊的前景

目前造血干細(xì)胞在血液系統(tǒng)疾病已經(jīng)取得了巨大的成功，干細(xì)胞移植后增加多巴胺釋放從而治療帕金森病也已經(jīng)被證實，干細(xì)胞的成功應(yīng)用說明了其巨大的應(yīng)用前景，在探索的過程中我們需要不斷的細(xì)化深入研究，闡明干細(xì)胞移植具體機(jī)理，從而為干細(xì)胞的臨床應(yīng)用打下理論基礎(chǔ)。