干细胞治疗阿尔茨海默病的研究进展*

王飞翔 贺慧霞 岳 文

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease， AD)是一种以记忆、语言、认知能力逐渐下降为特点的慢性、进行性神经退变性疾病，多发生于65 岁以上老人，也称为老年性痴呆，对患者家庭和社会造成巨大负担。目前，全世界AD 患者达数千万，我国就占1/ 4，而且这个数字将随我国老龄化进程的加快更加庞大。伴随着对AD 的临床症状和病理研究的深入，多种途径包括药物、免疫、神经保护性等用于AD 治疗[1]。然而，这些治疗只能部分减轻AD 患者的临床症状，而难以治愈，其原因可能是AD 患者脑内已变性神经元无法恢复功能。近年来，以干细胞为基础治疗AD 取得了可喜的成果，多项研究报道了用干细胞治疗AD 动物模型取得成功的案例，广受关注，颇具前景。下面就近年来干细胞在治疗AD 方面的研究进展做一综述。

1. 干细胞的分类

干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的未分化细胞，根据来源不同可分为胚胎干细胞和成体干细胞。成体干细胞根据组织来源不同可以分为：神经元干细胞、骨髓间充质干细胞、脂肪间充质干细胞、牙源性干细胞等等。从发育生物学的角度看，成体干细胞的功能具有相对区域特异性，牙源性干细胞来源于神经外胚层，其不仅可用于牙周组织再生也适用于骨、神经等组织再生[2.3]，其在神经向分化上可能较骨髓等中胚层来源的非牙源性干细胞更具优势[4]。

2. AD的分子病理学特点

AD 是1907 年由德国精神病学专家Alois Alzheimer 首次报道，并因此得名[5]。他所报道的是一位55 岁女性，生前患有多年严重的记忆、语言等认知功能障碍，死后的尸体解剖显示其脑皮质1/ 4-1/ 3 的神经元丢失，残留神经元内神经原纤维缠结，细胞外老年斑形成。目前老年斑和神经纤维缠结被认为是AD 两个特异性神经病理学特点。分子病理学研究发现：β-淀粉样蛋白(Aβ)是大脑皮质老年斑的主要成分，其可诱发神经元细胞毒性，是引起AD 的重要物质。而神经纤维缠结是一种不规则结构，是神经细胞内Tau 蛋白过度磷酸化所致，是神经元趋于死亡的标志。AD 患者大脑中神经元逐渐萎缩死亡，最早发生在大脑的记忆和语言功能区，最终蔓延至整个大脑。乙酰胆碱作为一种重要的神经递质，与细胞间信号传递密切相关，研究发现AD 患者脑内乙酰胆碱含量降低，导致神经细胞网络受损，胆碱能神经元和突触逐渐变性或死亡，大脑区域表现为淀粉样斑块和神经纤维缠结，加速患者死亡[6]。

3. 非牙源性干细胞在AD治疗中的应用

3.1 神经干细胞(Neural stem cells，NSCs) 神经干细胞具有可分化为神经系统内多种类型细胞的潜能，在治疗AD 中更具优势，因此可通过NSCs移植或替代治疗AD 患者脑内缺失或变性的神经元。有报道在小鼠AD 模型上移植NSCs 可使海马区的突触联接密度增加，提高认知功能[7]。而脑室内移植人神经干细胞，过表达胆碱乙酰转移酶可恢复AD 小鼠模型的学习和记忆功能[8]。Zhang 等[9]采用NSCs 移植治疗AD 小鼠(APP/ PS1 转基因小鼠)模型，发现NSCs 移植入小鼠大脑海马区后，干细胞可增殖、迁移、分化为三种神经细胞类型，促进相应神经细胞功能的恢复；神经元内认知功能相关蛋白表达增加，可显著改善这些小鼠的空间学习和记忆功能，且认知功能改善与长时程增强作用(long-term potentiation，LTP)提高相关连。但NSCs 存在于脑室下和海马区，从大脑中难以获取自体细胞，细胞来源困难；而提取流产胎儿大脑中的NSCs 又面临巨大的伦理难题，因此利用NSCs移植治疗AD 的临床试验遇到“瓶颈”难题。

3.2 骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs) 骨髓间充质干细胞在诱导条件下可分化为骨、软骨、脂肪组织、肝脏和神经组织[10]。有研究者[11]通过静脉注射移植BMSCs，发现只有部分细胞可穿过血脑屏障，而且这部分穿过去的细胞也难以在大脑中长期存活和行使功能。但即便如此，这些细胞可在大脑损伤区分泌神经营养因子，用于修复神经组织[12]。血管内皮生长因子(VEGF)是目前已知可抑制与AD 神经退行性变相关的兴奋性神经毒性的血管生成因子，具有神经保护作用[13]。Garcia KO 等[14]在APPswe/PS1dEq 双转基因AD 小鼠模型中移植VEGF 过表达的BMSCs(MSC-VEGF)，移植后第6、9、12个月对小鼠进行行为学测试及大脑免疫组织化学分析，发现MSC-VEGF 治疗组的AD 小鼠能改善认知缺陷，同时在海马区有新血管生成及老年斑减少。Salem AM 等[15]在AD 动物模型中静脉注射BMSCs 4 个月后发现细胞可募集、归巢到受损大脑区并生成大量乙酰胆碱转移酶和存活素表达阳性的细胞，这些细胞还表达seladin-1 和nestin 基因。seladin-1 是催化链甾醇合成胆固醇的胆固醇合成酶，在AD 中具有减少Aβ 生成、对抗Aβ 毒性、抑制细胞凋亡等保护作用[16]。组织病理学结果显示BMSCs 可以消除大脑海马区的Aβ 斑块。与常规药物治疗相比，BMSCs 对AD 的治疗效果在生物指标的改善方面与药物治疗相似甚至更好。这些研究表明，BMSCs 治疗AD 具有良好的应用前景，而且BMSCs 可来源自体，在临床应用方面更具优势。

3.3 脂肪间充质干细胞(Adipose-derived mesenchymal stem cells，ADSCs) 近年来，多项研究报道ADSCs 作为新的细胞来源用于神经再生治疗，能减轻AD 相关的神经病理学障碍。MA 等[17]在AD 转基因小鼠模型(APP/ PS1)大脑内注射ADSCs，证实可恢复小鼠的空间学习和记忆能力。另外静脉内注射ADSCs 也同样被证实可有效减轻AD 小鼠模型的 痴呆症状[18，19]。Yan 等[20]在APP/PS1 转基因AD 小鼠模型的海马区移植ADSCs后，免疫荧光显示在海马齿状回颗粒下层新生成的细胞数量显著增高，同时DCX 染色阳性的成神经细胞数量也显著增加。而且ADSCs 移植后增强了脑室下层神经元的活性并减轻了小鼠的氧化应激水平和认知损伤症状，从而促进功能恢复。Katsuda T 等[21]最近发现了一种新型的AD 治疗方法。该研究发现hADSCs 分泌的胞外体携带酶活性的脑啡肽酶，这是大脑中最重要的Aβ 降解酶，这说明ADSC 分泌的囊泡具备治疗AD 的潜能，有望成为未来AD 治疗的一个新方法。

3.4 脐带来源的间充质干细胞 脐带来源的间充质干细胞包括脐带血间充质干细胞(Umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells，UCB-MSCs)和脐带间充质干细胞(Umbilical cord mesenchymal stem cells，UC-MSCs)，虽来源不同，但均有间充质干细胞的特点。UCB-MSCs 可分化为神经细胞，现有研究已表明在治疗神经系统疾病中具有广阔的临床应用前景。Lee HJ 等[22]研究发现：UCB-MSCs 与Abeta 处理后的原代海马神经元共培养可减少神经细胞凋亡，而将其移植治疗AD 小鼠模型，UCB-MSCs 可使小鼠大脑中神经胶质细胞激活、氧化应激和细胞凋亡水平下降，小鼠的学习和记忆功能也得到恢复。进一步的研究还发现这些作用与疾病相关的小胶质细胞神经炎性反应逆转相关[23]。另有研究报道人UCB-MSCs 可通过分泌的可溶性细胞间粘附分子-1(SICAM-1)诱导小胶质细胞表达Aβ 降解酶，减少Aβ 老年斑[24]，从而达到治疗AD 的目的。这些结果都表明UCB-MSCs 有望成为治疗AD 极有希望的治疗新途径。

UC-MSCs 来源于脐带组织，具有较高的分化潜能，其细胞含量、增殖能力高于BMSCs，而且免疫原性比BMSCs 低，其在特定条件下可分化为神经细胞[25]。研究发现静脉灌注UC-MSCs，可显著改善AD 模型小鼠的空间定位能力，减轻记忆衰退，同时减低Aβ 沉积[26]。这些研究表明UC-MSCs 也是AD 预防和治疗较有希望的种子细胞之一。

3.5 羊膜干细胞(Amniotic stem cells，ASCs)人羊膜干细胞包括羊膜上皮细胞(Amniotic epithelial cells，AECs)和羊膜间充质干细胞(Amniotic membrane-derived mesenchymal stem cells，AMSCs)。AECs 具有神经生物学功能，与NSCs 具有同源性[27]。AMSCs 形态类似BMSCs，且较BMSCs 具有更强的增殖能力，表达NSCs 特异性标志蛋白nestin[28]，具有NSCs 特性。 Kim KS 等[29]将AMSCs 静脉注射治疗APPswe 转基因AD 小鼠模型，结果发现移植6 周，小鼠空间学习能力得到改善。治疗组小鼠大脑内小胶质细胞数量和Aβ 降解酶水平也显著高于对照组，且治疗效果持续了12周，这些结果表明注射AMSCs 对AD 模型动物的病理改变和记忆功能改善具有长期疗效。李祥生等[30]的研究结果也证实：采用尾静脉注射人AMSCs能促进AD 转基因小鼠空间定位及学习记忆能力的提高，且减少小鼠脑内Aβ 的沉积。

3.6 胎盘来源的间充质干细胞(placenta-derived mesenchymal stem cells，PDMSCs) 胎盘间充质干细胞来源于中胚层，在合适的微环境下可向神经元样细胞分化[31]。Yun HM 等[32]研究证实移植PDMSC 可改善AD 小鼠模型的记忆功能障碍，目前这方面的研究才刚起步，为干细胞治疗AD 提供了新的种子细胞。

4. 牙源性干细胞在AD治疗中的应用

牙源性干细胞胚胎发育来源于神经嵴[33]，在牙齿发生过程中，通过分泌NG、GDNF、BDNF 等神经营养因子发挥着关键性作用[34]。牙源性干细胞这种嗜神经组织的特性在恢复受损神经元功能方面独具优势。Apel 等[35]先将原代海马神经元与小鼠切牙中提取的牙髓细胞(dental pulp cells，DPCs)共培养2 天后加入Aβ1-42损伤24h。结果发现原代海马神经元与DPCs 共培养后可显著减弱神经毒素对其的损伤。MTT 分析发现与未共培养组相比共培养后的神经元活性显著增加，表明DPCs 对AD 体外细胞模型具有神经保护作用。而且芯片筛选和特异性抗体染色也发现DPCs 表达神经元相对特异的表型并分泌神经营养因子NGF、GDNF、BDNF和BMP2，这些结果都表明了利用DPCs 在未来治疗包括AD 在内的神经系统疾病极具前景。Yalvaç 等[36]研究也证实人牙胚干细胞(human tooth germ stem cells， hTGSCs)通过分泌一些与减轻神经元毒性相关的重要生长因子如VEGF、TGF-β1、FGF2 及BMP-2，这提高了AD 模型细胞的生物活性，提示hTGSCs 的神经保护特性，为采用此细胞治疗AD 提供了新的选择。

5. 小结

采用干细胞治疗AD 是近年来AD 治疗领域研究的热点，已绽放出希望之光，展示出广阔的应用前景和重要的科学价值。目前，关于干细胞治疗AD 的研究还多仅局限于模型动物和体外细胞学研究，许多方面有待于深入全面研究，其临床应用更面临安全性、可靠性和可行性方面诸多挑战和难题。牙源性干细胞因其神经嵴起源、来源广泛、容易获得等优点，在AD 治疗方面独具优势，但目前除牙髓干细胞和牙胚干细胞外还未见其他牙源性干细胞对AD 治疗作用的研究报道，随着牙源性干细胞的研究不断发展和AD 病因、分子机制的深入研究，采用牙源性干细胞治疗AD 必将取得新的突破，为广大患者带来福音。

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