多能干细胞治疗可以逆转帕金森病的进展吗？

帕金森病（PD）是一种进行性神经退行性疾病，其特征是中脑多巴胺神经元持续选择性变性或死亡，导致黑质纹状体神经回路功能障碍。

目前帕金森病的临床治疗包括药物治疗和手术治疗，这些方法可以短期缓解症状，但会产生许多副作用，并且不能逆转帕金森病的进展。多能干细胞具有自我更新能力和分化为多巴胺能神经元的潜力。移植多能/专能干细胞或多巴胺能神经元是完全修复帕金森病受损神经回路的一种有前途的策略。

近日，同济大学医学院上海东方医院神经外科在“Front Neurosci”期刊杂志发表了一篇“多能干细胞可以逆转帕金森病的进展吗的文献综述？”该综述总结了各类干细胞治疗帕金森病的临床前和临床数据，详细分析了利用人多能干细胞治疗帕金森病的现有数据、最新进展和研究方向，为帕金森病的治疗提供了参考。为干细胞疗法治疗帕金森病的开发奠定了基础。

帕金森病的发病机制

PD的病因和发病机制涉及α-突触核蛋白 (α-syn) 的异常聚集、线粒体功能障碍、氧化应激和神经炎症。图1）。

目前治疗帕金森病的常用方法

帕金森病的临床干预主要包括左旋多巴 (L-DOPA) 药物治疗结合饮食调整和运动等生活方式改变，以及深部脑刺激 (DBS) 治疗。然而，这些治疗无法逆转帕金森病的进展。随着疾病的进展，帕金森病患者的生活质量显着下降，给家庭和社会带来巨大的经济和情感负担 。

干细胞移植治疗帕金森病

干细胞治疗帕金森病的研究进展

Perlow等人（1979年）做出了一项突破性发现，他们发现将含有产生DA的神经元的胎儿中脑组织移植到帕金森病大鼠的黑质中可改善运动功能。

进一步的临床前研究表明，将中脑组织移植到缺乏黑质突起的帕金森病模型中，可与宿主纹状体神经元形成突触，并将这些神经元成功整合到宿主神经回路中，从而逆转帕金森病的行为症状（1981年）。这些发现为在临床试验中研究细胞移植策略提供了理论依据。

Kordower等人（1995年）将从人类胚胎中提取的中脑组织移植到帕金森病患者的大脑皮质。手术一年后，他们发现移植物不仅存活了下来，而且使纹状体获得了明显的多巴胺能神经支配。PET扫描观察到移植物周围神经元的功能得到改善（1995年）。

Li等人（2016年）研究了一名24年前接受过胎儿干细胞移植的患者，发现在普萨门有超过4万个存活的DA神经元，它们的轴突延伸到宿主纹状体，形成神经回路。

• 中华神经外科杂志：干细胞生物疗法可让帕金森病运动前症状患者受益
• 帕金森病患者长期、重复静脉注射间充质干细胞的病例报告

在临床试验中，一些帕金森病患者在移植组织中的多巴胺能神经元中发现了α-syn聚集（帕金森病病理标志），而其他患者则未发现α-syn聚集，这表明胎儿组织移植中是否存在病理变化取决于患者个体。这些研究结果表明，人类胎儿中脑组织移植是一种治疗帕金森病的潜在方法（图2）。

然而，这种疗法的临床应用受到几个主要问题的阻碍。

• 首先，获取人胎儿组织并从腹侧中脑提取产生DA的神经元仍然具有挑战性。
• 其次，胎儿中脑组织植入引起的不良反应仍不明确。
• 最后，应用已故流产胎儿组织治疗帕金森病患者的伦理道德问题也有待解决。

尽管如此，上述临床研究证实细胞移植是治疗帕金森病最有前景的疗法之一，原因如下：

• mDA神经元的选择性丧失是帕金森病最显著的病理特征。

• 移植细胞可重新支配纹状体，恢复DA神经回路功能，并持续改善部分患者与帕金森病相关的运动障碍。

mDA神经元的发育和维持

细胞分化为成熟mDA神经元的体外诱导经历多个阶段。

(1)多能干细胞阶段：在此阶段，干细胞具有自我更新、复制和多向分化的潜力，可以在干细胞维持培养基中增殖，同时保持其多向分化潜力。

(2)神经前体细胞阶段：多能干细胞要分化为各类神经元，首先需要分化为神经前体细胞。在N2B27神经分化培养基中，神经前体细胞可以分化为不同的神经组织，并表达神经前体细胞标志物，如Pax6、干细胞转录因子2（Sox2）、Nestin、Sox1等。在细胞培养过程的早期，Wnt1和FOXA在mDA神经元的生成中发挥着至关重要的作用。

多能/专能干细胞在帕金森病临床治疗中的应用

干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜力的非特异性细胞，它们具有诱导组织再生以对抗退行性疾病的潜力。在临床治疗中，分离培养的干细胞被注射到组织损伤部位，它们可以替代受损细胞或通过旁分泌作用促进内源性细胞再生。表格1）。

PSC 的来源	标题	赞助	地位	细胞数量	治疗方法	临床试验编号
ESC	hAESC 立体定向移植治疗帕金森病	上海东方医院	主动，不招聘	5000万个hAESCs进入侧脑室	立体注射	NCT04414813
ESC	确定移植干细胞衍生的多巴胺神经元对帕金森病患者大脑的安全性和耐受性的试验	斯科讷地区	招聘	每个壳核有 354 万个 STEM-PD 细胞	立体注射	NCT05635409
ESC	MSK-DA01细胞疗法治疗晚期帕金森病的安全性和耐受性研究	加州大学欧文分校奥兰治分校	主动，不招聘			NCT04802733
ESC	通过手术机器人将人羊膜上皮干细胞精准移植到心室治疗帕金森病。	上海东方医院	招聘		注射	NCT05435755
ESC	一项单中心、开放、单剂量、剂量递增、1/2a 期研究，旨在评估胚胎干细胞衍生的 A9 多巴胺祖细胞 (A9-DPC) 治疗帕金森病患者的安全性和探索性疗效	南山生物医药有限公司	招聘			NCT05887466
诱导多能干细胞	移植人类 iPSC 来源的多巴胺能祖细胞治疗帕金森病后的长期随访研究	京都大学医院	招聘			UMIN000048476
诱导多能干细胞	自体诱导神经干细胞来源的多巴胺能前体细胞治疗帕金森病的安全性和有效性	北京宣武医院	招聘		注射	NCT05901818
诱导多能干细胞	人诱导多能干细胞 (hiPSC) 衍生的多巴胺能神经前体细胞治疗帕金森病的临床试验	上海东方医院	招聘		注射	NCT06145711
骨髓间充质干细胞	IIa 期随机安慰剂对照试验：间充质干细胞作为 iPD 疾病缓解疗法	德克萨斯大学健康科学中心，休斯顿	主动，不招聘	每次治疗 10^6 MSCs/kg	注射	NCT04506073
骨髓间充质干细胞	天然干细胞动员剂治疗帕金森病的临床研究	西班牙再生医学与特拉皮亚细胞协会	招聘		膳食补充剂	NCT05699694
骨髓间充质干细胞	神经系统骨髓干细胞治疗研究	MD干细胞	招聘		静脉内和鼻内	NCT02795052
AD-MSCs	膀胱过度活动症帕金森病患者单次逼尿肌内注射自体脂肪干细胞：一项初步研究	阿尔扎赫拉医院			输液	UMIN000044106
AD-MSCs	评估特发性帕金森病受试者自体线粒体细胞移植的安全性、耐受性和有效性	台湾线粒体应用科技股份有限公司	尚未招募	每个半球3 × 10 7 个细胞	立体注射	NCT05094011
	使用多能脂肪干细胞 (PASC) 对帕金森病患者进行的随机临床试验	ClusterXStem-哥斯达黎加	主动，不招聘		输液	NCT06141317
	使用自体 HB-adMSC 治疗帕金森病的中等大小扩展接入方案	希望生物科学干细胞研究基金会			输液	NCT06056427
AD-MSCs	希望生物科学干细胞研究基金会	希望生物科学干细胞研究基金会	招聘			NCT04995081
间充质干细胞	在帕金森病 (PD) 患者中使用分化为神经干细胞 (NSC) 的间充质干细胞 (MSC)。	约旦大学	主动，不招聘			NCT03684122
间充质干细胞	脐带间充质干细胞移植治疗帕金森病的疗效评价	厦门大学附属翔安医院	主动，不招聘			奇CTR2100043584
间充质干细胞	培养的同种异体成人脐带间充质干细胞治疗帕金森病的安全性	骨科和再生医学基金会	尚未招募	单次给药1亿个细胞	注射	NCT05152394

随着人类胚胎的发育，干细胞的分化潜能逐渐降低。根据其分化潜能，干细胞可分为全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞和单能干细胞。

近年来，细胞培养技术的重大进展使研究人员能够从胚胎干细胞（ESC）、诱导多能干细胞（iPSC）和间充质干细胞（MSC）中产生许多DA神经元。这极大地重新燃起了我们对PD细胞疗法临床转化的希望。然而，由于其不同的特性，干细胞作为种子细胞在帕金森病的治疗中表现出各自的优点和缺点。本文主要讨论人类多能干细胞在治疗帕金森病中的应用、这些细胞应用的瓶颈、这些细胞的作用机制以及相关研究特别是临床试验的最新进展。表2）。

细胞类型	优点	缺点
ESC	具有广泛的分化潜力，可以分化成几乎任何类型的细胞	道德和伦理问题；胚胎的使用可能存在争议
	可以产生许多用于移植或研究的细胞	免疫排斥的风险较高，需要免疫抑制
	能有效替代受损的多巴胺神经元，从而发挥比其他细胞类型更强的治疗效果	需要精确的分化和培养条件，细胞纯度和一致性难以控制
诱导多能干细胞	来源广泛，避免道德问题	重编程效率低，产生的诱导多功能干细胞数量低
	可以从患者自身细胞中获取，降低免疫排斥的风险	需要进一步研究以确保其安全性和长期有效性
	可用于个体化治疗策略
间充质干细胞	来源广泛；可以从成人脂肪组织、骨髓等获得。	移植后细胞存活率低；需要改进移植方法和技术
	同种异体移植免疫排斥风险低	与生产和工艺标准化相关的挑战，例如细胞纯度、批次一致性问题等。
	具有抗炎特性和组织修复能力，可通过促进细胞存活、改善局部环境等机制发挥辅助治疗作用	仍需要进一步研究以确定其安全性和长期影响

胚胎干细胞治疗帕金森病的临床应用

胚胎干细胞是一种源自囊胚内细胞团的克隆细胞；它们是多能的，因此能够在未分化状态下持续生长，并在诱导后分化成体内几乎所有细胞类型。它们是多巴胺能神经元的良好细胞来源，可移植到PD患者的SNpc和纹状体中。最初，胚胎干细胞是从流产的胎儿或体外受精的胚胎中获得的，这引起了伦理方面的担忧。

目前获得胚胎干细胞的方法有多种，如激活未受精卵母细胞发育成孤雌胚胎、将精子注射到去核卵母细胞中产生雄激素胚胎、将体细胞核转移到去核卵母细胞中诱导重编程并建立ESC系。

研究表明，早期的胚胎干细胞直接移植到啮齿类动物的大脑中可以分化成多巴胺能神经元并改善行为，但由于移植细胞中存在未分化的神经上皮细胞，因此有形成畸胎瘤的风险；因此，移植前需要完全诱导胚胎干细胞分化。

为了克服这一限制，Kriks等人通过SMAD和hedgehog基因的双重抑制诱导ESCs分化为多巴胺能神经元祖细胞，并且这些多巴胺能神经元祖细胞在PD动物模型的纹状体中分化为分泌黑色素的多巴胺能神经元。播种细胞在帕金森病模型小鼠的纹状体中存活时间较长（超过4个月）；

• 通过膜片钳记录确定，这些多巴胺能神经元的功能与正常多巴胺能细胞相同；完全恢复了旋转行为；并部分改善了前肢功能。

Piao等人诱导人类胚胎干细胞（hESCs）分化为中脑DA神经元，并将其移植到PD模型小鼠的大脑中；结果表明，移植这些细胞后，运动功能得到改善，血液学和生化分析表明，标记的移植细胞既没有向脑外迁移，也没有形成肿瘤，为未来的临床试验提供了坚实的基础。

2018年6月，中科院院士科研团队在猴模型中测试了人胚胎干细胞来源的神经细胞治疗帕金森病的安全性和有效性，展示了长达2年的评价数据，表明人胚胎干细胞分化的神经细胞相对安全，且有明显效果。为我国首项基于胚胎干细胞的I/II期帕金森治疗临床研究提供了临床前数据支持。

2020年5月，麻省总医院的研究人员在《新英格兰医学杂志》（NEJM）报告了一项开创性研究，一名接受自体移植hiPSC来源的mDA祖细胞的帕金森病患者，在植入后24个月时表现出临床症状稳定或改善。现在，这种方法得到了进一步的发展，hiPSC来源的hESC来源的mDA祖细胞开始进入到早期临床试验阶段。

2023年年底，延世大学医学院的研究人员在 Cell Stem Cell 期刊发布了题为：Preclinical and dose-ranging assessment of hESC-derived dopaminergic progenitors for a clinical trial on Parkinson’s disease 的研究论文。

该研究从临床级人胚胎干细胞（hESC）中大规模生成高纯度的中脑多巴胺能（mDA）祖细胞，并在体外和体内验证了mDA祖细胞的安全性和有效性。mDA祖细胞以移植剂量依赖性地改善了帕金森病大鼠模型的疾病相关行为。基于这些这些临床前研究结果，研究团队获得了韩国食品和药物安全部批准进行帕金森病细胞疗法的1/2a期临床试验，并开始了对12名帕金森病患者的治疗。

诱导多能干细胞在治疗帕金森病临床中的应用

诱导多能干细胞与ESC类似，是由体细胞重新编程而成的多能细胞。Takahashi和Yamanaka (2006)首先通过过表达四种转录因子（Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc）将人类成纤维细胞重编程为iPSC。

随着iPSC技术的不断进步并转化为临床应用，将细胞重编程为iPSC所需的转录因子数量已逐渐减少到2个甚至1个，一些研究人员已经利用重组蛋白甚至小分子成功地制备了iPSC。iPSC在基因表达谱以及增殖和分化能力方面与ESC相似。与ESC相比，iPSC由于源自患者特异性体细胞，因此具有能够自体植入的优势，这可以部分避免伦理问题和免疫排斥。

2017年8月，日本科学家于《Nature》期刊发表了研究证明多巴胺前体细胞能改善猴子帕金森病的症状。通过将健康人群和帕金森患者的iPS细胞转化为能产生多巴胺的神经元，植到患有帕金森氏病的猕猴模型中。结果显示，iPS细胞植入发挥中脑多巴胺能神经元作用，不仅恢复了病猴的各种运动功能，并在植入后两年内，没有转化成任何肿瘤。

2018年10月，获日本政府批准，京都大学医院的神经外科Takayuki Kikuchi团队开展了健康供者iPSC来源DA神经元移植治疗PD的首个人体临床试验，首名入组患者左脑移植了240万单位DA神经元。研究结果表示，患者状况良好，并没有太大的不良反应。

除了国际上已大量公布的干细胞移植治疗帕金森研究案例，国内干细胞应用于帕金森病的临床治疗也取得重要进展。

2018年，首都医科大学宣武医院陈志国教授和张愚教授团队，通过血液细胞重编程获得人源诱导神经干细胞（iNSC），并通过小鼠模型验证了这一干细胞分化移植治疗帕金森病的安全性和有效性，为帕金森病患者的自体细胞治疗提供了临床前基础。

iPSCs已广泛应用于PD的临床治疗，尽管近年来iPSC技术发展迅速，但要将其广泛应用于临床，仍有许多问题需要克服。

• 首先，体细胞重编程技术的分子机制尚未完全清楚。
• 其次，来自患者自身的细胞可能会有发展为帕金森病病理的风险。
• 第三，即使使用异体iPSC诱导的多巴胺前体细胞，α-syn也可能从宿主细胞扩散到播种细胞，导致移植细胞死亡。
• 第四，体外定向分化的效率和稳定性仍有待提高。

多能干细胞治疗帕金森病的功能机制

多能干细胞是具有自我更新能力的未分化细胞，可以分化为多种谱系的细胞，包括造血干细胞（HSC）、内皮祖细胞（EPC）和间充质干细胞。

MSC易于获得，免疫排斥风险低，具有良好的免疫调节和强大的旁分泌作用，使其成为PD治疗的有希望的替代种子细胞。在各种MSCs中，骨髓MSCs（BM-MSCs）研究最早且最广泛，其次是脂肪源性MSCs（AD-MSCs）和脐带源性MSCs（UC-MSCs）。它们的功能机制包括替换多巴胺能神经元、免疫调节、抑制细胞凋亡和炎症以及神经保护。

间充质干细胞在治疗帕金森病方面具有显着的潜力，因为它们不仅分化为多巴胺能神经元，而且还分泌多种分子，包括含有miRNA的外泌体，这些分子参与细胞间信号传导以及与宿主胶质细胞的串扰细胞。MSC分泌组在调节轴突生长和抑制细胞凋亡中发挥着至关重要的作用。

细胞移植方法

脑室内移植：将细胞直接注射到大脑受损区域是干细胞治疗最精确的输送途径。然而，患者可能会出现运动功能障碍、晕厥、癫痫发作和致瘤等不良反应。

静脉给药：与原位注射到特定大脑区域不同，干细胞静脉输注不需要手术、创伤或其他侵入性技术。然而，静脉内递送不允许细胞归巢和原位分化为组织特异性功能细胞，因为植入通常是不可控的，并且主要取决于生物活性梯度的趋化性；这可能会导致脱靶效应和治疗效率低下，有时甚至导致异位组织甚至肿瘤的形成。

鼻腔给药：迄今为止，由于鼻内施用药物能够绕过血脑屏障，鼻内施用已被证明是将治疗剂递送至中枢神经系统的有前途的途径。与脑室内移植相比，鼻腔给药的不良事件发生率降低，但干细胞接种效率并未受到影响。但值得注意的是，鼻内给药后1小时，上鼻腔中仍残留大量细胞，表明干细胞迁移效率较低。目前尚未报道细胞进入途径、相关因素和细胞类型适应性的结论性数据，需要进一步探索。

讨论

目前，帕金森病的发病机制仍有待充分阐明。而且，传统的临床治疗无法完全逆转PD的进展；因此，这种疾病给患者带来了沉重的情感和经济负担。随着细胞治疗和基因编辑技术的发展，多能干细胞或将成为PD临床治疗的关键种子细胞。

多能干细胞不仅是帕金森病建模的新工具，而且在通过细胞移植恢复神经元功能方面也具有巨大前景。与传统的治疗方式相比，干细胞具有卓越的自我更新和分化成各种细胞类型的能力。通过移植适当类型的干细胞，可以减轻多巴胺能神经元损失或可以替换这些神经元，从而改善帕金森病的运动或情绪症状。

因此，干细胞是临床治疗帕金森病的理想候选者。此外，干细胞通过分泌生长因子、神经营养因子和炎症调节剂等生物活性分子对受损组织发挥积极作用。通过其强大的旁分泌活性，干细胞对局部微环境产生积极影响，促进宿主组织修复，从而促进功能恢复。

值得注意的是，从皮肤或血液等自体来源获取干细胞可以降低免疫排斥和其他可能的不相容性的风险。可以预见，针对个体患者的干细胞疗法的开发将进一步增强干细胞的临床应用。

源自ESC、iPSC和MSC的DA神经元已进入临床试验（NCT04414813、UMIN000048476、NCT05152394），为PD患者带来新的希望。

未来的研究

未来，随着对干细胞生物学的更深入了解，研究人员可以进行更精确的细胞工程，以产生更稳定、更安全的移植细胞，从而减少肿瘤等潜在风险，并通过改变干细胞或细胞上的表面标记来避免免疫排斥。开发新的免疫抑制药物。通过种子细胞的优化、PD遗传机制的进一步研究、细胞递送的改进以及种子细胞与宿主细胞相互作用的实时评估，PSC/MSC移植治疗PD的临床试验有望取得进一步的成功。

此外，未来可能会开发出更有效的细胞移植途径，例如利用组织工程和器官培养技术来构建功能性大脑区域，以更好地重建受损功能。

多家国际制药公司目前正在开发用于治疗帕金森病的干细胞药物，其中拜耳 (BAYGn.DE) 子公司BlueRock报告称，使用实验性干细胞疗法治疗人类帕金森病取得了初步成功，目前正在招募患者参加II期试验。除了移植外源干细胞来替代受损的多巴胺能神经元外，星形胶质细胞或神经胶质细胞的体内重编程是PD治疗的另一种选择，尽管需要更多的研究来解决与安全性和长期治疗效果相关的问题。

总体而言，干细胞治疗帕金森病的发展仍处于不断演化和探索阶段。随着技术的不断进步以及对帕金森病的发病机制的深入了解，未来帕金森病有望得到彻底治愈。

参考资料：Wu Y, Meng X, Cheng WY, Yan Z, Li K, Wang J, Jiang T, Zhou F, Wong KH, Zhong C, Dong Y, Gao S. Can pluripotent/multipotent stem cells reverse Parkinson’s disease progression? Front Neurosci. 2024 Jan 31;18:1210447. doi: 10.3389/fnins.2024.1210447. PMID: 38356648; PMCID: PMC10864507.

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