神经退行性疾病的新希望

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关键词：脑科学、干细胞疗法、行业动态

神经退行过程（neurodegeneration）指神经元结构或者功能的丧失，可能最终会引起神经元死亡。

常见的神经退行性疾病包括阿尔兹海默症、帕金森症、亨廷顿病（Hungtinton’s Disease, HD）、多发性硬化（MS）、渐冻症（ALS）。神经退行过程可以在不同层级的神经元回路中发生。现有药物可以暂缓表面症状（如亨廷顿病的非自愿性动作），但没有药物和疗法被证实可以在人体中预防或者逆反神经退行的过程，所以神经退行性疾病通常被认为是无法痊愈的。

但近年来，干细胞疗法被发现有望修复受损的神经元组织并替代受损神经元，以改善神经退行性疾病的病情。本文将以受关注还较少的亨廷顿病 (HD) 为例，聊聊干细胞疗法所能带来的潜在希望以及瓶颈。

01介绍一下亨廷顿病与干细胞

亨廷顿病HD是由于HTT（huntingtin）基因变异引起的。HTT基因中的CAG序列长度通常为35，而变异的HTT基因中CAG的长度可达100。这一变异使得神经元细胞，特别是纹状体中的GABA能中等棘神经元（medium spiny neuron, MSN）变得脆弱，致使基底节通路（basal ganglia pathway）功能障碍，引起行为及认知异常。

干细胞（stem cell）是一种未分化或部分分化的细胞，处在细胞谱系的最早阶段。它可以在生物体内或体外分化为至少一种类型的高度分化的细胞。

HD的治疗涉及到过三种干细胞：神经干细胞（neural stem cell，NSC）、胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）、诱导性多功能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPSC）。

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图1. 三种干细胞培育成为纹状体MSN的途径。A. 神经干细胞（NSC）；B. 胚胎干细胞（ESC）；C. 诱导多功能干细胞（iPSC）。

02神经干细胞 (NSC) 相关进展

HD研究中所用的NSC通常从胎儿（捐献的夭折胎儿遗体）脑组织中的外侧神经节隆起（lateral ganglionic eminence）中分离出来，这些NSC可以在体内或体外分化为纹状体MSN（图1A）。胎儿NSC会分泌脑源性神经营养因子（BDNF），在小鼠亨廷顿模型可以保护纹状体神经元的神经退行过程1，这表明NSC在人类HD病人中也可能阻碍或延缓纹状体的神经退行。

但是自2000年起的一系列临床研究显示，只有极少数的HD病人在NSC移植后的前几年表现好转，NSC移植对于大多数人来说不起效2,3,4。这可能是因为mHTT基因早在神经元早期发育过程中就影响了细胞周期5，所以在疾病发作后移植NSC可能已经为时已晚，无法达到神经退行与神经保护的平衡。

目前尚不清楚在HD发作前移植NSC是否会缓解mHTT携带者未来的神经退行过程，但如果需要在年轻被试者中测试，需要仔细斟酌免疫抑制剂的使用。

03胚胎干细胞（ESC）相关进展

相较于NSC的组织特异性，ESC从囊胚内部提取后可以在体外分化成任何类型的细胞。在HD研究中，通常先将ESC培育为NSC后再进一步分化为纹状体神经元 （图1B）。

研究发现，在ESC增殖阶段的早期或晚期进行移植会分别导致细胞过度生长或体内细胞存活率过低，而在纹状体祖细胞期一致的细胞可以产生丰富的MSN样神经元6。然而，只有少数研究发现这些神经元可以和基底神经节同路间形成稳定连接并改善行为症状。

这并不代表神经干细胞用于移植毫无希望：2020年的一项研究发现，一临床级别人类神经元干细胞线（CTX0E03）所分泌的BDNF可刺激神经元再生和细胞再生，可能在未来长期验证后成为可行的治疗方式6。

04诱导多能性干细胞（iPSC）相关进展

iPSC是可以通过提取病人体细胞再对其进行重编程的多能干细胞（图1C）。iPSC不会有胎儿NSC或ESC所带来的伦理问题，而且似乎能够通过使用自体细胞来降低免疫不耐受性。然而，如果在干细胞分化之前就进行移植，可能会引发 T 依赖性免疫反应7，且这种操作方法在临床病人的治疗中也是不允许的8。iPSC在纹状体祖细胞阶段移植后免疫原性风险较低且可以缓解疾病症状9，这一点和ESC的移植类似。

但iPSC移植仍然存在其他问题。一个是iPSC可能在表观遗传上被改变10；另外，虽然亨廷顿病人的iPSC本身没有表现出疾病表型，但其衍生出的纹状体神经元显示出来转化生长因子B（TGF-B）和netrin-1表达失调11。因此，在HD iPSC衍生祖细胞谱系阶段前，需要对其进行基因修改和矫正。在一项同源重组研究中，mHTT中过多的CAG重复序列被来自含有正常HTT基因的重复片段所取代，随后校正的iPSC所分化出的神经元在HD大鼠模型中表达了正常的信号通路12。另一项研究敲除了HD iPSC所衍生的NSC中的Spt4（延长CAG重复序列的延伸因子，矫正后的细胞移植后去除了HD小鼠模型中的HTT蛋白聚集，并改善了它们的行为症状13。

使用灵长类动物模型的研究较为少数。2014年，一项研究使用慢病毒感染猴子HD模型iPSC的NSC后，靶向抑制其HTT转录物，并在移植后成功减少了HD猴子中的HTT聚集，但他们并未测试其行为运动表现14。为了在人体试验中进一步使用iPSC，我们需要更多的纵向研究来观察HD病理学和免疫耐受度的进展。

参考文献：

1. Ryu, J.K., Kim, J., Cho, S.J., Hatori, K., Nagai, A., Choi, H.B., Lee, M.C., McLarnon, J.G. and Kim, S.U., 2004. Proactive transplantation of human neural stem cells prevents degeneration of striatal neurons in a rat model of Huntington disease. Neurobiology of disease, 16(1), pp.68-77.

2. Bachoud-Lévi, A.C., Gaura, V., Brugières, P., Lefaucheur, J.P., Boissé, M.F., Maison, P., Baudic, S., Ribeiro, M.J., Bourdet, C., Remy, P. and Cesaro, P., 2006. Effect of fetal neural transplants in patients with Huntington's disease 6 years after surgery: a long-term follow-up study. The Lancet Neurology, 5(4), pp.303-309.

3. Bachoud‐Lévi, A.C., Multicentric Intracerebral Grafting in Huntington's Disease Group, Schramm, C., Remy, P., Aubin, G., Blond, S., Bocket, L., Brugières, P., Calvas, F., Calvier, E. and Cassim, F., 2020. Human Fetal Cell Therapy in Huntington's Disease: A Randomized, Multicenter, Phase II Trial. Movement Disorders, 35(8), pp.1323-1335.

4. Bachoud-Lévi, A.C., Rémy, P., Nǵuyen, J.P., Brugières, P., Lefaucheur, J.P., Bourdet, C., Baudic, S., Gaura, V., Maison, P., Haddad, B. and Boissé, M.F., 2000. Motor and cognitive improvements in patients with Huntington's disease after neural transplantation. The lancet, 356(9246), pp.1975-1979.

5. Barnat, M., Capizzi, M., Aparicio, E., Boluda, S., Wennagel, D., Kacher, R., Kassem, R., Lenoir, S., Agasse, F., Braz, B.Y. and Liu, J.P., 2020. Huntington’s disease alters human neurodevelopment. Science, 369(6505), pp.787-793.

6. Yoon, Y., Kim, H.S., Jeon, I., Noh, J.E., Park, H.J., Lee, S., Park, I.H., Stevanato, L., Hicks, C., Corteling, R. and Barker, R.A., 2020. Implantation of the clinical‐grade human neural stem cell line, CTX0E03, rescues the behavioral and pathological deficits in the quinolinic acid‐lesioned rodent model of Huntington's disease. STEM CELLS.

7. Zhao, T., Zhang, Z.N., Rong, Z. and Xu, Y., 2011. Immunogenicity of induced pluripotent stem cells. Nature, 474(7350), pp.212-215.

8. Okita, K., Nagata, N. and Yamanaka, S., 2011. Immunogenicity of induced pluripotent stem cells. Circulation research, 109(7), pp.720-721.

9. Park, H., Lee, J., Choi, J., Kim, S. and Song, J., 2020. The genetically-engineered stem cell therapy of huntington disease: spt4 knockout hd patient ipsc-npcs transplantation rescue abnormal neuronal dysfunction in the YAC128 model. Cytotherapy, 22(5), p.S23.

10. Zhao, T., Zhang, Z.N., Rong, Z. and Xu, Y., 2011. Immunogenicity of induced pluripotent stem cells. Nature, 474(7350), pp.212-215.

11. Ring, K.L., An, M.C., Zhang, N., O’Brien, R.N., Ramos, E.M., Gao, F., Atwood, R., Bailus, B.J., Melov, S., Mooney, S.D. and Coppola, G., 2015. Genomic analysis reveals disruption of striatal neuronal development and therapeutic targets in human Huntington’s disease neural stem cells. Stem cell reports, 5(6), pp.1023-1038.

12. An, M. C. et al. (2012) ‘Genetic correction of huntington’s disease phenotypes in induced pluripotent stem cells’, Cell Stem Cell, 11(2), pp. 253–263. doi: 10.1016/j.stem.2012.04.026.

13. Park, H., Lee, J., Choi, J., Kim, S. and Song, J., 2020. The genetically-engineered stem cell therapy of huntington disease: spt4 knockout hd patient ipsc-npcs transplantation rescue abnormal neuronal dysfunction in the YAC128 model. Cytotherapy, 22(5), p.S23.

14. Carter, R.L., Chen, Y., Kunkanjanawan, T., Xu, Y., Moran, S.P., Putkhao, K., Yang, J., Huang, A.H., Parnpai, R. and Chan, A.W., 2014. Reversal of cellular phenotypes in neural cells derived from Huntington’s disease monkey-induced pluripotent stem cells. Stem Cell Reports, 3(4), pp.585-593.

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