康复时代：脊髓干细胞治疗

李升伟/编译

康复时代：脊髓干细胞治疗

李升伟/编译

神经干细胞可以向外生长、扩张，有希望揭示修复脊髓内损伤控制环路的方式

● 脊髓损伤的第一项干细胞治疗已经在临床研究试验之中了，但是科学和政治的不确定性仍然存在着。

2011年11月2日，天还没有亮，凯蒂·莎丽菲（Katie Sharify）就坐上了她的轿车驶向5号州际公路。这位23岁的姑娘一直与父母一起居住在加州普莱森顿市，她就读于南加州大学，这时正在休假。今天，她要到洛杉矶去见她的学术导师讨论她的回归问题。

在驾驶了大约一个小时之后，莎丽菲解开安全带，手伸到副驾驶座那边，将滚落在座位下的功能饮料拾起。她瞥了一下公路，突然发现车子已经驶离公路。当车轮碾在砂石上时，莎丽菲感到了一阵恐惧，她紧打方向盘,轿车立即倾斜驶出高速公路的另一侧，冲进了一个小山包。“我记得每件发生的事情，直到安全防护气囊罩在了我的脸上。”她说。猛烈的撞击使她肋骨骨折、头部损伤。事故还造成了莎丽菲脊髓压迫伤，胸部以下瘫痪。

在她车祸后几个星期，莎丽菲同意参加了一种使用胚胎干细胞治疗的临床试验，成为了第一批受试者之一。干细胞可以分化成为神经元和其他神经系统细胞，因此有希望用于修复损伤的脊髓。但是，就在莎丽菲签约后不久，公司退出了试验，出于财政上的原因，这家位于加州门洛帕克市的制药商杰隆公司停止了这项试验的运作。作为最早参加的病人，莎丽菲仍然接受了两百万干细胞的注射，但她是最后五位曾经登记的病人之一。“病人律师、病人和科学家们都感到巨大的失望。”斯坦福大学生物伦理学家克里斯托弗·斯科特（Christopher Scott）说。

对许多人来说，试验的中止比失望更糟糕。每年，全世界估计有18万人遭遇创伤性脊髓损伤。它是一种改变人一生的损伤，医生们对于它的治疗几乎没有什么办法。

但是，今天，这个领域似乎又重新走上了正轨。10月份，生物技术企业生物时代公司的子公司海星生物治疗公司购买了杰隆公司干细胞部门的股权。该公司租用了杰隆公司曾在门洛帕克市租用的同一幢干细胞研究楼，雇用了许多老雇员，希望在来年启动更多的试验来检测胚胎干细胞治疗技术。与此同时，其他公司正在研究取自胎儿组织的干细胞的安全性。位于日本神户的日本理化学研究所发育生物学中心的科学家们正在招募病人进行一项试验，对诱导多能干细胞（iPS）用于治疗一种称为年龄相关性黄斑变性的眼病进行研究。这些iPS细胞原是成熟细胞，被诱导逆分化成胚胎样状态。

基思·坦西（Keith Tansey）是杰隆公司试验最早登记两位参加者的佐治亚州亚特兰大市埃默里大学谢菲尔德中心的神经病学家，他见到这个领域的进展尤其感到高兴。但是，他和其他研究人员警告不能毫无忌惮的乐观。脊髓损伤的治愈可能仍然是几十年以后的事情，而美国联邦政府对干细胞研究的支持也不是一种担保。当谈及脊髓损伤时，坦西说：“我们只能对它保持合理的预期。”

神经科护理中的干细胞

组成脊髓的数百万个神经细胞形成了纤维束，在大脑和人体其他部位之间传递电信号。一次突然的打击会损害脊椎骨、挫伤脊髓，杀死神经元和支持它们的胶质细胞，破坏神经之间的连接。一旦死亡细胞被免疫系统清除掉，会留下一个脊髓空洞。没有信号可以通过这个空洞传递，围绕它周围形成的疤痕组织则会阻碍新神经元的生长。炎症也可以对脊髓造成进一步的损害。坦西说：“干细胞治疗的最高希望是它可以确确实实地替代那些失去的神经元。 ”

但是，也可能有其他的方法来修复脊髓。尽管一些神经元在损伤后死亡，其他神经元则可能只是受到了损伤。包绕在细长的神经细胞外、有助于传导电脉冲的保护层，也就是髓磷脂鞘会脱落。“这就像电线失去了绝缘层的情况一样。”前任杰隆总经理和现任海星生物治疗公司总经理托马斯·奥伽马（Thomas Okarma）说。没有了髓磷脂，神经脉冲传递得非常缓慢，或者根本不传递，神经还可能短路。

胚胎干细胞最早于1998年分离成功，它拥有发育成熟为机体任何类型细胞的潜能。在这些细胞被注射入脊髓之前，科学家们必须诱导它们按照特定的路径发育。杰隆公司提出，要将其胚胎干细胞形成定向发育为寡树突细胞的前体细胞，这是一类形成髓磷脂的胶质细胞。希望在于这些细胞将使存活下来的轴突再次绝缘，改善它们的功能。但是，杰隆的研究提示这些细胞可以做很多事情，不仅仅是形成髓磷脂。它们还可以促进新血管的形成，分泌称为神经营养因子的生长因子，帮助神经细胞恢复健康。奥伽马说：“注射这些细胞就如同同时注射数百种药物，它可以达到一种新的治愈水平，远远超出外科手术和药物治疗曾经做到的水平。”

但是胚胎干细胞治疗并非没有风险。这些细胞可以形成一种良性肿瘤，称为畸胎瘤，这是研究人员们在注射它们进入脊柱前迫使它们分化的原因之一。它们还分泌一些可能影响任何存活神经元活性的因子。为了获得其干细胞试验批文，杰隆公司向美国FDA递交了一份长达2.1万页的申请书，是FDA收到的最长申请书之一。

到目前为止，杰隆公司的治疗还没有导致任何与注射或细胞疗法相关的不利反应。奥伽马计划申请FDA的批准进行一项新的试验，使用更高剂量的干细胞治疗颈部损伤病人。这些病人过去一般被排除在试验之外，因为一种功能的丧失可以是危及生命的——颈部损伤可以使支持呼吸的肌肉瘫痪。但是，奥伽马称任何功能的获得都更容易观察和测量，他说：“我们正在尝试提高成功的可能性。”

多潜能的解决方案

其他公司正在从捐赠的胚胎组织中建立神经干细胞银行。这些细胞可以自我更新，但是它们的潜能比胚胎干细胞有很多的局限性；它们只能形成神经元、星形细胞和寡树突细胞。一些研究人员认为这种局限性使这些胚胎细胞更安全。加州大学欧文分校研究干细胞的神经生物学家艾琳·安德森（Aileen Anderson）说：“它们所具有的更严格局限性是很有必要的。”而且，它们已经在其他疾病的临床试验中得到了检测。

2011年，位于加州纽瓦克市的StemCells公司在瑞士苏黎世开始了一项临床试验，检测在胸椎损伤病人中使用神经干细胞的安全性和效能。一些最严重损伤的病人已经接受了治疗，共注射两千万个干细胞。小鼠数据提示神经干细胞分化形成了神经元和神经胶质，治疗可以恢复一些功能。2013年2月，StemCells宣称在治疗一年之后，三例病人中有两例显示了功能改善。例如，一例病人从损伤部位以下没有什么感觉和运动功能，改善为拥有了一些运动功能。10月份，该公司获得了FDA的批准，可以在美国登记病人进行试验。

马里兰州罗克维尔市的 Neuralstem公司于2013年1月收到了FDA的批准，启动了一期研究。将有8名胸椎损伤的参研病人接受6次注射，每次注射量为10万或20万脊髓干细胞。Neuralstem公司的细胞已经在18名肌萎缩性侧索硬化病人中进行了检测，这是一种又名为卢伽雷病的运动神经元疾病，还没有严重副作用的报道。2013年5月发表的一份研究报告称这些细胞进入了大鼠脊柱损伤苏醒后形成的空洞内生长并恢复了一些失去的功能，包括感觉应答和运动。领导这项研究的加州大学圣地亚哥分校的干细胞科学家马丁·马沙拉(Martin Marsala)说，当这些动物运动时，“爪的运动受到了非常好的控制，”但是大鼠没有被治愈，“事情不是十全十美的。”

什么时候注射细胞仍然是不确定的。在杰隆的试验中，参加者在损伤后一周或两周接受细胞注射。受到严重损伤的病人经常是病得过重而无法对于参加临床试验做出决断。损伤部位的条件还不是很理想。旧金山市加州再生医学研究所的神经科学家和技术官员马尼·韦萨尔（Mani Vessal）说：“环境对于再生很不利，一时间出现了许多的炎症因子。”

StemCells公司和Neuralstem公司正在等待更长的时间进行治疗。安德森说：“或多或少地存在一种教条，为了见到功能效果，在最初两星期内必须做移植。”但是，安德森对啮齿动物的研究提示它也有可能对慢性损伤有一种影响。StemCells公司登记的是损伤后3至12个月的病人。Neuralstem公司的试验将登记那些损伤后一到两年的个人。坦西说，在这个阶段病人将更容易招募。缺点是他们可能也不对治疗产生应答。在损伤发生之后，轴突“开始退化，有些种类还完全萎缩掉。”韦萨尔说。

胚胎和胎源细胞系的一个缺点是它们的免疫原性。因为这些细胞来自不相关的供体，它们在遗传学上并不与接受它们注射的病人匹配。所以病人需要在几个月到一年间服用免疫抑制性药物，“是为了让病人度过初始的移植期并得到治愈。”安德森说。

干细胞使用须政治同意

围绕胚胎干细胞使用的伦理和法律问题由来已久。在90年代晚期，胚胎干细胞使用的研究引起了强烈的政治争论。结果，2001年，美国总统乔治·W·布什命令停止联邦政府对新建立胚胎干细胞研究的资助。2009年，奥巴马总统撤销了布什的禁令，但是政治上的不确定性仍然持续，阻碍了研究的进行。正如马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯·伯曼生物伦理学研究所的生物伦理学家黛布拉·马修斯 (Debra Mathews)所说：“曾经有一段时间(2010年)，国立卫生研究院的所有胚胎干细胞研究都停止了。每个人不得不放下他们手中的移液枪，把他们的细胞放在冰箱里，不去碰任何东西。”即使是现在，国会也没有通过一条法律说胚胎干细胞研究是合法的，并且规则可以改变。“下一任总统会走进来说，‘现在这是不合法的。’”马修斯说。

这个问题波及了美国以外的国家。日本厚生劳动省于2006年公布的指南禁止在临床研究中使用胚胎干细胞。2010年，这种限制级别被提高，此时，许多日本研究人员已经将他们的研究转移到了诱导多能干细胞。

近期的一些活动表明制药业界希望能够保持诱导多能干细胞在临床研究中的使用。例如，包括英国礼来公司、瑞士罗氏公司和英国牛津大学在内的公私合伙行动——StemBANCC正在从500人中建立和特征化诱导多能干细胞用于药物研究。

到目前为止，诱导多能干细胞还没有受到持续拖慢胚胎干细胞和胎儿干细胞研究的负面注意。

诱导的选择

诱导多能干细胞可以绕过免疫排斥问题，至少在理论上是这样。可以从受伤病人体内取出细胞，再编程使之变得多潜能，然后转化成神经干细胞。但是，在实践中，过程变得更加麻烦。建立iPS细胞需要几个月的时间。东京庆应大学医学院的干细胞研究者冈野英之已经在研究iPS细胞修复脊髓损伤,他的未发表研究提示移植干细胞的最佳时机是损伤后两到四个星期。但是据冈野称，“在两个、三个、四个星期内，不可能准备好诱导多能干细胞。”

在诱导多能干细胞解决一些问题的同时，它们有可能带来另外一些问题。再编程细胞也可以形成畸胎瘤，一些报告认为它们甚至可以比胚胎干细胞更有肿瘤原性。但是，许多研究人员正在努力使它们更加安全。例如，冈野小组研究了不成熟神经细胞对一种脊髓损伤灵长动物模型的影响，这些细胞来源于已知没有形成肿瘤的人类诱导多能干细胞克隆；研究结果是出现了几种类型的成熟神经细胞，没有出现肿瘤。7月份，日本厚生劳动省批准了第一项应用诱导多能干细胞的临床试验。该研究将评估干细胞对年龄相关性黄斑变性病人的安全性，冈野希望脊髓损伤病人临床试验的到来不会很远。日本京都大学的山中伸弥目前正在建立临床级的诱导多能干细胞，使冈野和其他研究人员可以在这样的试验中使用。使诱导多能干细胞对许多科学家产生吸引力的原因是它们的使用可以避免使用胚胎的政治问题（见“干细胞使用须政治同意”）。

科学家们还在研究从骨髓或其他组织收集的成熟干细胞的应用潜能。这些细胞已经被证明可以分泌神经营养因子，但是它们似乎不能替代丢失的神经元。一项近期研究发现颈椎损伤并接受他们自己的间充质干细胞——分化形成骨骼和软骨的祖先细胞——注射的十例病人中有三例表现出上肢更有力气，比接受干细胞之前更少困难进行日常活动。

哪种细胞将工作得最好仍然是不清楚的。但是莎丽菲希望研究人员们将最终能够回答这个问题。她说她向往着有朝一日打开电视时，可能当她“老到头发灰白”的时候，能够看到研究人员终于发现了脊髓损伤的治愈方法。她说：“我相信科学技术的发展终将发现一种治愈方法，正是这种信念支撑着我在治疗的路上走下去。”

[资料来源：Nature][责任编辑：彦 隐]