诱导多能干细胞疗法为帕金森病的治疗提供了新希望

帕金森病 (PD) 是第二种最常见的神经退行性疾病，也是细胞疗法的主要目标。事实上，自1980年代以来，流产的胎儿组织已被用作此类疗法的供体材料。

然而，这些细胞疗法存在一些问题，例如供体材料供应短缺、组织质量不稳定以及伦理限制。

干细胞技术的进步使得多能干细胞生产供体细胞规模无限、质量稳定、伦理问题少。几个研究小组已经制定了以临床兼容的方式从多能干细胞中诱导多巴胺神经祖细胞的方案，并在非临床研究中证实了有效性和安全性。

基于这些非临床研究的结果，多项多能干细胞疗法治疗帕金森病的临床试验已经开始。在免疫排斥的背景下，有几种基于干细胞的治疗模式：自体移植、无需人类白细胞抗原匹配的同种异体移植和有匹配的同种异体移植。

日本京都大学iPS细胞研究与应用中心临床应用系在这篇小型综述中，讨论了干细胞治疗帕金森病的几个实用要点。

介绍

帕金森病 (PD) 是第二种最常见的神经退行性疾病，在老年人中尤为常见。左旋多巴药物治疗是帕金森病的标准治疗方法，但随着病情的进展其初始疗效逐渐下降。

在这些情况下，增加左旋多巴剂量是一种选择，但会增加副作用的风险，例如开关现象、消退和运动障碍。深部脑刺激 (DBS) 是中期PD患者的一种选择。运动锻炼也是一种标准治疗方法。然而，所有这些PD疗法都是有症状的。另一方面，基于干细胞的PD疗法是本综述的主要兴趣，它有可能延缓或逆转疾病的进展。

帕金森病细胞疗法概述

PD在组织学上以黑质中的中脑多巴胺神经元变性为标志。中脑多巴胺神经元将神经突延伸至壳核和尾状核，在那里它们释放多巴胺作为神经递质，但由于变性，壳核的多巴胺水平在PD中降低。

在PD的细胞疗法中，供体多巴胺能祖细胞通常通过异位移植注入壳核，在那里它们与宿主神经元形成局部神经回路并变得有功能。还尝试通过同位移植将多巴胺能神经祖细胞移植到黑质。然而，尽管黑质中一些存活的供体神经元将神经突延伸至壳核，但功能益处不如异位移植。

我们关于PD细胞疗法的大部分知识都是基于以前流产的胎儿黑质移植的临床经验。许多实验室都在未成熟祖细胞阶段移植供体细胞。这些细胞在移植区域存活、成熟并延伸神经突，与宿主神经元建立突触连接，这一现象需要一些时间。事实上，许多体内研究表明功能恢复在移植后几个月开始。根据胎儿黑质移植的临床报告，受者的症状在4年多的时间里逐渐恢复，然后趋于平稳。

从多能干细胞诱导多巴胺神经元

许多研究小组已经制定了从多能干细胞中诱导中脑多巴胺能祖细胞的方案。

现在，大多数方案使用小分子来抑制BMP和TGF-β/Activin/Nodal通路来指定神经命运，即所谓的双重SMAD抑制。为了诱导中脑多巴胺祖细胞起源的底板，Sonic hedgehog (SHH) 信号被激活，Wnt信号被GSK3抑制剂正常调节。为了纯化所需的细胞群，采用了使用特定抗体（例如CORIN和LRTM1）的细胞分选技术。

移植方式

在细胞疗法中通常应考虑免疫排斥的风险。虽然大脑一直被认为是免疫特权的部位，但这个概念正在重新审视。以往胎儿细胞移植的临床经验表明，使用免疫抑制剂可改善结果。基于干细胞的移植在免疫排斥的情况下提供了几种模式：自体移植（图1A）、无人类白细胞抗原匹配的同种异体移植（图1B）、具有匹配的同种异体移植（图1C）、最后是“通用”多能干细胞的应用（图1D)。

通用多能干细胞描述的多能干细胞经过基因编辑，因此它们的HLA分子表达已被抑制或敲除。这一特性使它们能够逃避宿主主要的HLA相关免疫反应，但也需要考虑与NK细胞和次要抗原相关的免疫反应。

为了最大限度地减少NK细胞反应，已报道了几种策略。最终，这些通用供体细胞有望达到临床应用，因为从理论上讲，它们最适合避免移植物相关的免疫反应。与此同时，基于多能干细胞的PD疗法的唯一临床试验使用了带有免疫抑制剂的同种异体移植或自体移植。

• A使用患者自身的诱导多能干细胞 (iPSC) 进行自体移植。
• B使用来自健康供体或人类胚胎干细胞的iPSC进行同种异体移植，无需HLA单倍型匹配。
• C使用HLA匹配的iPSC进行同种异体移植。
• D使用经过基因编辑以敲低HLA分子的“通用细胞”进行同种异体移植

帕金森病细胞疗法的临床实践

手术适应症

由于药物可有效控制PD早期的症状，因此不建议在这些情况下进行新的干预。通过针对重点患者的临床试验确认新干预措施的安全性和有效性后，应逐步扩大手术适应症。以前流产胎儿移植临床研究的报告和经验可以帮助确定哪些患者将从细胞疗法中受益。

因此，细胞疗法对超晚期PD希望较小。当患者仍然对左旋多巴有反应时，即突触后神经元得以保留并且可以对释放的多巴胺产生反应时，细胞疗法被认为是一个很好的适应症。

在日本进行的一项由研究者发起的临床试验，标准包括患者年龄50-70岁，病程5年以上，Hoehn和Yahr分期≥IIIat off period and≦III at on period，左旋多巴反应超过30%。应考虑患者的一般情况，因为患者需要承受手术和之后的免疫抑制。特别是，应仔细考虑对感染或肾功能不全的易感性，因为这些情况可能会限制免疫抑制剂的使用。

立体定向手术

供体细胞通过移植针以细胞悬液或细胞团的形式直接注射到大脑中。在日本的临床试验中，细胞在细胞分选后培养两周形成团块，无需解离即可移植。对于PD，可将用于DBS的类似立体定向脑外科手术系统应用于目标部位的细胞注射。

移植细胞数

以前关于流产胎儿移植的尸检大脑的报告显示，需要在单侧纹状体中存活43,000-138,000个多巴胺能神经元才能改善症状。

由于人脑中有25万个多巴胺能神经元投射到一个putamen，细胞治疗的目标是支配约一半的数量，或10万个移植的多巴胺能神经元。承认这个数量的细胞必须存活，移植所需的细胞数量是逆向工程，取决于供体群体的纯度、存活率和宿主大脑的环境。

我们小组将人类iPSC衍生的多巴胺能祖细胞移植到猴脑中，2年后对大脑进行组织学检查。单侧移植了约240万个细胞，平均有64000±49000个多巴胺能神经元存活。中脑黑质的多巴胺能神经元在PD中受到影响，是大脑中神经元总数中非常小的一部分。

由于这种疗法的细胞数量比心脏、肌肉或肝脏的细胞疗法所需的数量小得多，因此PD是基于细胞疗法的再生医学的一个合适的初始目标。

供体细胞的质量控制

为确保最佳疗效并避免细胞治疗的风险，需要通过适当的策略来控制供体细胞的质量。对于基于多能干细胞的方法，质量控制 (QC) 在每个阶段进行：未分化细胞、分化过程中的细胞和最终细胞产物。有必要检查形态学、多能标记、感染性和毒性。此外，可能期望分析遗传和表观遗传突变以评估肿瘤发生的风险。

肿瘤发生的风险可分为以下几类： 

• (i) 由基因或染色体突变引起的恶性肿瘤发生，即所谓的肿瘤发生；
• (ii) 由于残留的未分化细胞形成畸胎瘤，或可能形成源自不需要的细胞的另一种组织成分；
• (iii) 由过于不成熟的神经细胞引起的神经过度生长。在日本临床试验最终细胞产物的QC中，多巴胺祖细胞（FOXA2/TUJ1）、未分化细胞（POU5F1、LIN28、OCT3/4/TRA2-49/6E）、早期神经标志物（SOX1/PAX6）进行了分析。

在日本试验的临床前研究中，将通过QC测试的供体细胞移植到动物体内，并经过长期观察确认其安全性。

免疫抑制

先前针对PD的流产胎儿移植临床试验包括来自多次流产的具有多种 HLA单倍型的组织的混合物。在这些试验中，通常使用三联免疫抑制方案，即环孢菌素、泼尼松龙和硫唑嘌呤。即便如此，免疫耐受仅在移植后1至2年建立，免疫抑制药物治疗在移植后2至3年停止。

上述在日本进行的基于iPSC的试验仅使用一个细胞系，该细胞系在日本表达最常见的HLA单倍型；因此，与过去的胎儿移植相比，它不太可能引起免疫反应。因此，在试验中使用了单一药物他克莫司的免疫抑制。

此外，使用易位蛋白 (TSPO) 示踪剂的PET扫描用于监测移植物衍生的炎症反应，因为TSPO是一种在活化的小胶质细胞中积聚的示踪剂，可以捕获大脑中的炎症。事实上， TSPOPET可以检测猴脑中移植物衍生的炎症反应。然而，他克莫司有副作用，例如增加癌症和糖尿病的发病率、肾功能不全和易感染；因此，需要经常监测其血液浓度。

未来展望

有必要进一步开发和研究以将细胞疗法扩展为PD的标准治疗方法。为了稳定地提供大量的“细胞产品”，需要在完全封闭的系统中实现细胞处理的自动化。不易发生免疫反应的通用细胞正在被开发为细胞疗法，不仅适用于帕金森病，也适用于其他疾病和其他器官。随着更多的技术突破，自体细胞可以以更低的成本高效制备。

因此，在未来，细胞疗法有望与药物、DBS和运动锻炼一起成为标准的PD治疗（图2）。

• PD是一种进行性疾病。现有的治疗选择包括药物治疗、DBS和运动锻炼，但都是对症治疗。PD的细胞疗法有望成为未来的标准治疗选择，可以阻止或逆转疾病进展。

结论

基于多能干细胞的PD疗法的临床应用已经开始。在最初的临床试验显示出安全性并经过多次改进后，PD的细胞疗法将成为未来的标准临床选择。

参考资料：Morizane, A. 用诱导性多能干细胞治疗帕金森病。 炎症再生剂 43 , 16 (2023)。https://doi.org/10.1186/s41232-023-00269-3

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