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细胞移植治疗帕金森病的研究近况
2009-06-15 11:43   发布范围:公开

口腔医学系三队  李佳

【摘  要】 目的:根据近年来国内外有关细胞移植治疗帕金森病的情况,探讨细胞移植治疗的研究进展,并总结尚未解决的问题。资料来源:应用中国期刊全文数据库(CAJ、CBMdisc数据库、MIDLINE数据库等计算机检索系统查细胞移植及帕金森病方面的相关文献。资料选择:对资料进行初审,查找全文。纳入标准:选取包括细胞移植与帕金森病的文献。资料提炼:将收集到的文章按移植细胞的来源分类进行评价分析。资料综合:目前临床上对帕金森病尚无有效的治疗办法,具有多分化能力的干细胞为帕金森病的替代性治疗带来了希望。细胞的来源较多,可以从胚胎干细胞诱导分化,可以直接提取神经干细胞,也可以利用骨髓基质干细胞等进行移植。移植的效果与移植技术关系密切,研究表明可以通过控制移植神经干细胞的数量、选择移植部位及利用支架材料等提高移植细胞的存活,提高治疗效果。结论:干细胞移植治疗帕金森病的前景时广阔可行的,经过深入的动物实验研究及临床实验,可望从根本上治疗帕金森病。

【主题词】 胚胎干细胞;神经干细胞;骨髓基质干细胞;移植治疗;帕金森病

引言

    帕金森氏病(Parkinson’s disease,PD) 是一种中老年人慢性神经系统退行性疾病,以静止性震颤、肌肉僵直、运动减少为其三大主症。其典型的病理改变为中脑黑质多巴胺(DA) 神经元的缺失,以及残留的黑质神经元细胞浆内出现特征性的嗜酸性包涵体(Lewy小体)[1]。目前临床上对帕金森病尚无有效的治疗办法,具有多分化能力的干细胞为帕金森病的替代性治疗带来了希望。细胞的来源较多,可以从胚胎干细胞诱导分化,可以直接提取神经干细胞,也可以利用骨髓基质干细胞等进行移植。本文就从这三方面来讨论细胞移植治疗帕金森病的研究概况。

胚胎干细胞的移植治疗

2.1 胚胎干细胞体外诱导分化

   胚胎干细胞有多向分化潜能,是公认的诱导分化产生神经元的理想原料。目前体外将胚胎干细胞诱导分化为神经细胞有以下途径:(1)全反式维A酸诱导;(2)"无血清培养法;(3)生长因子诱导;(4)骨髓细胞源性的基质细胞系(PA6)基质细胞条件培养液诱导[2]。但是研究报道胚胎干细胞有致瘤的可能性,临床应用的安全性要求胚胎干细胞必须在体外先分化为较成熟细胞后再实施移植。

2.2 移植细胞的数量

    由于多巴胺神经元仅占中脑移植物中的一小部分,且移植的存活率较低,在给啮齿类动物移植人胚胎时需要大约20000个细胞才能取得治疗效果,而人的纹状体为其2.5倍,因此为了取得治疗效果,一次植入壳核的细胞数目应超过80000个。而1个人类胚胎只能提供20000个存活的多巴胺细胞。所以现在在临床移植中,一般需要移植4~8个胚胎所提供的细胞[3]。Nikkhah等[4]指出移植的效果与移植后真正存活的酪胺酸羟化酶阳性神经元的数量有关,而与移植的细胞总数无关。其在动物试验中发现:要想得到50%的改善,对于胚胎中脑腹侧组织纹状体内移植,必须有600个酪胺酸羟化酶阳性神经元存活,而在脑腹侧组织黑质内移植时需要1000~1 300个细胞存活,如果能有2000个细胞存活,则药物诱导的旋转会有很好的改善。

2.3 移植的原理

    用于移植的细胞取自发育期中脑腹侧(含黑质) ,此时黑质多巴胺神经尚具有未分化潜力。胎儿细胞移植到宿主纹状体后与其失去神经支配的纹状体神经元(正常靶神经元)建立突触联系。在猴及鼠的研究都证明,移植的神经元自然存活,并在它们新生出轴突所抵达部位合成多巴胺,恢复递质的运输、释放,并伴有行为学改善[6,17]。移植能否成功地恢复丧失的功能取决于移植细胞与宿主纹状体靶器官间特殊联系的建立。黑质多巴胺神经元移植到基底神经节外或非多巴胺神经元移植到纹状体均无疗效。机能的有效恢复还取决于移植细胞的存活[18]。在证明神经移植可重建PD 动物纹状体多巴胺能神经传递功能的基础上,90年代初开始了临床试用胎儿间脑移植治疗PD。最成功的胎儿脑移植治疗PD报道来自瑞典科学家Bjrklund等。他们利用立体定位技术将从妊娠8~9周人胚获取的间脑多巴胺神经元植入PD病人单侧壳核中,显著而且持久地改善了病人症状。其后的研究也证明移植的多巴胺神经元能存活;纹状体神经分布恢复;突触联系重新建立。利用6-L-[18F]荧光多巴的正电子辐射成像术进一步证明,植入的神经组织使移植区域多巴胺的合成与储存得到恢复,同时病人的严重强直和运动迟缓等症状均明显好转,波动性发作也显著减少。这种改善在移植脑区的对侧肢体更为明显,显示了胎儿间脑神经移植的可行性。Bjrklund等选用了较细的导管以减轻对局部脑组织的损伤;贮存和分离移植组织的介质由盐水成了pH值恒定的平衡盐溶液;移植组织贮存较短时间,将细胞装入导管的技术也得到改进,使移植组织得到充分利用,这些因素可能也与他们移植效果较为理想有关[19]

2.4 移植的效果评价及存在问题 

    对于胚胎干细胞移植治疗帕金森病的疗效,目前尚无一致的结果。大量的动物实验和临床手术证明了应用胚胎干细胞移植治疗帕金森病的确有一定疗效,对其症状有一定改善,但其中存在许多我们还不能解决的问题,归结起来有以下几点:①仍缺少为大量患者移植的胚胎组织,即存在供体来源问题。②效果的不确定性,一些患者明显有效,而另一部分则效果不佳。③在移植后始终有一定比例的患者出现难以控制的运动障碍。④震颤和药物性运动障碍症状无变化。⑤几乎所有的帕金森患者的临床疗效均有轻度下降,有些患者甚至比术前的状况还差。即使反复在对侧纹状体神经细胞移植也不能改善病状。仅仅皮质下结构的神经刺激能提高临床成效,因此单独神经细胞移植并不具有太大的效应,常需要额外干预。

神经干细胞的移植治疗

3.1 神经干细胞的获取

    神经干细胞是一类能够长期自我更新、自我复制,并具有最终分化形成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的多潜能特性细胞,它主要是来源于神经组织。大量的科学实验和临床研究表明,能够定向分化为多巴胺能神经元的神经干细胞是治疗帕金森病最具潜能的神经移植替代物。

   具有无限增殖潜能的神经干细胞不仅在微环境的作用下可以定向分化为缺失的神经元,还可以建系长期保存,因此是细胞移植的理想材料。直接从早期胚胎脑组织可以分离提取神经干细胞,进行体外培养,克隆扩增。不同的胚龄影响取材干细胞的数量和纯度[5]。神经干细胞可直接来源于胎儿或成年哺乳动物的脑组织,由于胚胎来源的干细胞在临床应用上有一定的困难,故目前研究的重点是如何在体外获得供体以培养神经干细胞,而体外的培养是指利用分裂源神经干细胞的分裂增殖,形成悬浮生长的特征性的神经球。常用的神经干细胞分离培养方法是在无血清条件下利用促分裂原筛选培养,在补充适量的促有丝分裂剂如表皮生长因子(EGF)、碱性成纤维生长因子(bFGF)、白血病抑制因子(LIF)后,神经干细胞可在无血清或含有血清的培养液中生长,而EGF和bFGF是目前已知的最有效的两种神经干细胞促分裂原。

3.2 实验研究效果及临床

    Akerud等[20]研究发现干细胞移植能阻止黑质多巴胺能神经元丢失。采用从人胚胎的腹侧中脑内分离出黑质细胞植入PD病人脑中,结果发现有一半以上的病人症状明显改变而且效果持续存在[21]。应用未经工程化的神经干细胞植入帕金森氏病大鼠的中脑后一段时间,发现宿主部分细胞的酪氨酸羟化酶及多巴胺转运体活性恢复改变了宿主受损部位的微环境,对受损的但尚未凋亡的多巴胺能神经元具有保护作用[22]。田增民[23]等研究人神经干细胞移植治疗帕金森病证实,人胚胎前脑细胞可在体外扩增并维持不分化新状态1 年以上,扩增的细胞可达原始细胞数的1×107倍,并可向多巴胺能神经元转化;PD病人临床移植手术后随访8个~30个月,有效率为92 %。证实体外长期扩增的人类神经细胞移植治疗PD是可行和有效的。

3.3 存在问题

    神经干细胞在修复受损的神经组织、细胞等方面具有良好的应用前景,并且在动物实验和初步临床实验中已经取得了一些进展,但是,要将神经干细胞真正用于临床治疗还存在着许多问题需解决。首先,如何选择适当的体外扩增条件以获得稳定的神经干细胞系;神经干细胞的分化机制;如何使移植的神经干细胞更多地分化为具有多巴胺潜能的神经;如何选择移植物;如何避免移植后的免疫排斥反应;如何使移植后的细胞能更长时间的存活等。

3.4 展望

   未来应用干细胞的治疗方法可能联合应用神经干细胞、神经营养因子、基因操作和移植技术等。如分离培养出胚胎或成人神经干细胞,体外诱导分化为多巴胺能神经元,使表达酪氨酸羟化酶或进行基因操作,转染TH、AADC、GCH、GDNF或BDNF等基因,然后移植。从目前看,神经肝细胞治疗帕金森病的前景是巨大的,但距临床应用还有一定距离,包括动物实验在内的大量基础研究是不可忽视的,我们还有大量工作要做。

骨髓基质干细胞的移植治疗

4.1 骨髓基质干细胞的分化   

    骨髓基质干细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)是几年前才被确认的成体干细胞。是骨髓细胞中一群非造血干细胞的成纤维样细胞,具有自我更新、高度增殖以及在特定条件下能够多向分化的特性,不仅可以分化为成骨细胞、心肌细胞和脂肪细胞等,而且可以横向分化(transdifferentiation)为外胚层的神经元样细胞。

研究表明:骨髓基质干细胞可以向神经细胞分化。不同的神经营养因子,如表皮细胞生长因子(EGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、脑源神经营养因子(BDNF)和胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)共同诱导骨髓基质干细胞,诱导后第3天可得到60%的巢蛋白(nestin)阳性标记的神经干细胞。Pereira等、Horwitz等、Colter等研究发现骨髓基质干细胞具有以下特征:1、易于从骨髓中获取;2、在体外能迅速增殖;3、在脑组织中易于存活且能迁移而极少影响受体的正常功能;4、与受体脑组织有极好的相容性,免疫排斥反应相对较少。在一定的诱导分化条件下能分化为神经干细胞。目前认为骨髓基质干细胞可作为极具价值的细胞替代神经干细胞进行细胞移植治疗。

4.2 移植治疗的机制

   骨髓基质干细胞迁移入PD大鼠脑组织后修复神经功能缺损的机制目前仍不清楚。可能机制之一是骨髓基质干细胞进入脑组织后与脑组织相整合,替代受损的细胞,从而使受损的神经环路得以重建。也有人认为更为合理的解释是骨髓基质干细胞与宿主脑组织的相互作用导致了某些神经营养因子的分泌,而这些因子正是神经功能缺损得以恢复的主要原因。当然这只是一假设,尚有待进一步实验研究。

4.3 未来展望

    骨髓基质干细胞在对帕金森病进行的细胞移植治疗中,既是一种较为合适的干细胞,又是基因治疗中合适的载体。应用骨髓基质干细胞治疗帕金森病,联合多基因治疗应该是以后的发展方向,在对骨髓基质干细胞有效的基因操作后,使骨髓基质干细胞既能分泌生长因子保护退变的神经元,又能分泌多巴胺或者其它的神经营养因子而起到治疗作用。对于移植的方式,近年来大量资料证实静脉系统注入骨髓基质干细胞,使其入颅完全能够穿过血脑屏障,从而为骨髓基质干细胞移植治疗神经系统疾病提供简单的途径,相信最终骨髓基质干细胞会成功应用到临床。

结语

    大量的动物实验和临床手术证明细胞移植治疗帕金森病是有效的,其前景是令人欣慰的。随着这方面研究的不断深入,人们对移植技术的不断探索提高,对有效移植部位的更准确的把握,再配合基因技术,应用迅速发展的生物医学工程技术,相信从跟本上治疗帕金森病的那一天会很快到来,我们已经在细胞移植治疗上看到了曙光。

 

参  考  文  献

1.余资江,许庭良,贵阳医学院解剖教研室 贵阳医学院组织胚胎学教研室 贵阳 550004,四川解剖学杂志2003 年第11 卷 第4 期。

2.唐军,曹娟,徐海伟,等1 胚胎干细胞诱导分化为神经细胞治疗帕金森病的前瞻与现状  5971  中国临床康复。

3.Olanow CW,kordower JH,freeman TB.fetal nigral transplantation as a therapy for Parkinson’s disease.Trends neurosci 1996;19(3);102-9.

4.Nikkhah G, Bantlage C, Cunningham MC.et aj.Intranigral fetal dopamine grafts induce behavioral compensation in the rat Parkinson model. J Neurosci 1994;14(6),3449-61.

5.王安民,晁福玲,中国临床康复[M].第10卷  第5期  2006年2月10日。

6.Herman J P, Abrous ND. Dopaminergic neural grafts after fifteen years: Result and perspectives [J]. Perspect Prog Neurobiol, 1994, 44: 1235.

7.Isacson O, Costanitini L, Schumacher JM, et al. Cell implantation therapies for Parkinson’s disease using neural stem, trans2genic or xenogeneic donor cells [J]. Parkinson R Disord, 2001, 7: 2052212.

8.Kordower J H, Freeman TB, Chen EY, et al. Fetal nigral grafts survive and mediate clinical benefit in a patient with Parkinson’s disease[J] . Mov Disord, 1998, 13: 3832393.

9.McDonald JW, Liu XZ, Qu Y, et al . Transplanted embryonicstem cells survive, differentiate and promote recovery in injured rat spinal cord [J]. Nature Med, 1999, 5: 1 41021 412.

10.McKay R. Enhanced prolifereation, survival, and dopaminergic differentiation of CNS precursors in lowered oxygen [J]. J Neu2 rosci, 2000, 20: 7 37727 383.

11.McKay R. Stem cells2hype and hope [J]. Nature, 2001, 406: 3612364.

12.Philips MF, Mattiasson G, Shapiro SS , et al . Neuroprotective and behavioral efficacy of nerve groth factr2transfected hippocam2pal progeritor cells transplants after experimental traumatic brain injury [J]. J Neurosurg, 2001, 94: 7652774.

13.Qian ZM, Wang Q , Pu YM. Brain iron and neurodegenerativedisorders [J]. Chin Med J, 1997, 110 (6): 4552458.

14.Qian ZM, Wang Q. Expression of iron transport proteins and ex2cessive iron accumulation in the brain in neurodegenerative disor2 ders [J]. Brain Res Rev, 1998, 27: 2572267.

15.Qian ZM, Ke Y. Rethinking the role of ceruloplasmin in brain iron metabolism [J]. Brain Res Rev, 2001, 35: 2872294.

16.Qian ZM, Shen L. Brain iron transport and neurodegeneration [J]. Trend Mol Med, 2001, 7 (3): 1032108.

17.Qian ZM, Guo TH, Wang W, et al. Basic study and clinical ap2 plication of umbilical cord blood: An uptake [J] . Chin J Int Med, (submitted) BjÊrklund A. Dopaminergic transplants in experimental parkinson2ism: Cellular mechanisms of graft2induced functional recovery [J]. Curr Opin Neurobiol, 1992, 2: 6832689.

18.薛亚梅,王锋.国外医学生物医学工程分册   2005年4月    第28 卷   第2 期。

19. Akerud P, Canals JM, Snyder EY, et al. Neuroprotection through delivery of glial cell linedrived neurotrophic factor by neural stem cells in a mouse of Parkinson′s disease [J]. Neurosci, 2001, 21:8108 - 8118.

20. Piccini P, Broohs DJ, Bjorklund A, et al. Dopamine release from nigral translants visualized in vio in a Parkinson s patient [J]. Nat Neuosci, 1999, 2: 1137 - 1140.

21. Jitka Ourednik, Lynch WP. Neural stem cells display an inherent mechanism for rescuing dysfunctional neurons [J]. Nat Biotechnol, 2002, 20: 1103 - 1110.

22.田增民. 刘爽. 李士月,等. 人神经干细胞临床移植治疗帕金森病 [J] . 第二军医大学学报,2003 ,24 (9) :957 - 959.

23.叶民,陈生弟,陆国强,等. 成年大鼠骨髓基质干细胞诱导分化为神经元样细胞不同方法比较的研究. 中国神经科学杂志, 2004,20: 2752280.

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