间充质干细胞移植治疗帕金森病的作用机制研究进展

陈佳琦， 陈慧敏

(1. 宁波大学医学院， 浙江 宁波 315000; 2. 宁波市第二医院， 浙江 宁波 315000)

间充质干细胞移植治疗帕金森病的作用机制研究进展

陈佳琦1， 陈慧敏2

(1. 宁波大学医学院， 浙江 宁波 315000; 2. 宁波市第二医院， 浙江 宁波 315000)

帕金森病(Parkinson′s Disease, PD)的主要病理改变是黑质多巴胺能神经元进行性变性致纹状体多巴胺递质浓度显著降低，从而出现运动障碍。目前，药物和外科手术治疗可一定程度改善早期PD的部分临床症状，但并不能阻止或逆转多巴胺能神经元变性。近些年，间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)移植作为治疗PD的最前沿方法，其疗效备受瞩目。本文就MSCs移植促进PD神经功能恢复的可能作用机制作一综述。

间充质干细胞；帕金森病；作用机制

早在1968年，Friedenstein等[1]发现骨髓中存在一群非造血的多潜能细胞，其具贴壁和呈成纤维样细胞生长特性。随后，大量研究证实该细胞是一群能自我更新、多谱系分化和分泌多种生物活性因子的成体干细胞而称之为“间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)”。MSCs来源较广[2]，骨髓、脂肪组织、外周血、羊膜、绒毛膜、胎盘、羊水和脐血中均可分离得到，其中骨髓中含量最为丰富。MSCs具多分化潜能，即特定微环境下能诱导分化为中胚层源性细胞，如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌细胞和肌腱细胞等；也可分化为神经细胞(如多巴胺能神经元)、平滑肌细胞和内皮细胞等内、外胚层源性细胞[3-4]。其多谱系分化潜能为细胞替代治疗神经系统疾病，尤其是帕金森病(Parkinson′s Disease, PD)提供了可行性依据；同时也因其具有分泌多种神经营养因子保护和促进受损多巴胺能神经元再生及分泌多种细胞因子、趋化因子而形成局部免疫抑制微环境为同种异体MSCs移植治疗PD成为可能[5]。大量动物实验和前期临床试验中也发现MSCs移植治疗PD不仅能增加脑内多巴胺递质分泌水平，有效恢复运动障碍，还能降低对左旋多巴药物的依懒性，但是MSCs移植治疗PD的许多潜在作用机制尚待研究证实，本文就目前较为认同的3种作用机制，即MSCs可自我更新和定向分化为多巴胺能神经元，分泌多种生物活性因子及调节细胞代谢以保护和修复受损多巴胺能神经元的相关研究进展作一综述，以进一步阐明其作用机制。

1 自我更新和定向分化为多巴胺能神经元

MSCs是一类中胚层来源的多能成体干细胞，无论在体还是离体，均具强大的自我更新和分裂增殖能力，且能保持未分化状态。在特定微环境诱导下，MSCs可跨胚层定向分化为多巴胺能神经元。Paldino等[6]发现腺苷酸环化酶激活剂(Forskolin)能诱导MSCs分化为特异性表达酪氨酸羟化酶(TH)、多巴胺转运蛋白(DAT)及孤儿核受体相关因子-1(Nurr1)的多巴胺能神经元，从而可替代变性或丢失的多巴胺能神经元重塑神经功能和传导通路。Park等[7]将鼠单侧纹状体经6-羟多巴胺(6-OHDA)毁损处理30 d后，PET检查发现该侧放射性核素(18F-FP-CIT)标记的多巴胺类似物含量相比正常侧已下降至32%，随后移植MSCs源性神经前体细胞(MSCs-NPs)至毁损侧纹状体内，24周后发现18F-FP-CIT含量上升至58%，免疫组化法发现移植组的TH和DAT表达水平上调显著，且行为学研究表明移植组旋转运动明显缓解，推测可能是由于移植的MSCs-NPs在纹状体区分化为多巴胺能神经元并分泌多巴胺递质，从而改善安非他命诱导的PD鼠旋转行为。有报道称[8]，移植已分化的MSCs，即移植特异性表达TH的多巴胺能神经元对改善PD鼠旋转运动的疗效优于移植未分化的MSCs。然而，MSCs诱导分化的多巴胺能神经元是否真正能和宿主细胞建立相应突触联系并整合至黑质-纹状体通路，从根本上替代变性或丢失的多巴胺能神经元，仍需大量实验研究进一步证实。

2 分泌多种生物活性因子

2.1 神经营养、抗细胞凋亡及血管再生

目前，大量研究表明MSCs能分泌神经营养因子、细胞因子等多种生物活性因子，创造一个适合神经细胞生长的局部微环境，从而直接或间接促进受损多巴胺能神经元修复或再生。Yasuda等[9]认为GDNF、BDNF、Neurturin(NTN)、NGF、MANF、CDNF和GM-CSF等活性分子能营养和保护受损多巴胺能神经元，使其免受各种神经毒素损害，因而一定程度阻止或延缓多巴胺能神经元进行性退变。Ren等[10]用重组GDNF基因的慢病毒转染MSCs并移植入经1-甲基-4-苯基-1, 2, 3, 6-四氢吡啶(MPTP)毁损处理的PD猴纹状体内，发现移植组纹状体区GDNF分泌水平明显高于未移植组，SPECT检测放射性核素(99 mTc-TRODAT-1)标记的DAT表达显著增高，免疫组化分析显示TH阳性细胞也明显升高，因而认为可能是MSCs通过调控GDNF分泌水平，以保护多巴胺能神经元免遭MPTP神经毒素损伤。据相关报道[11]，将转染Lmx1α和NTN基因的MSCs移植到PD猴黑质致密部，48 h后该区域NTN分泌水平明显增高，21 d后TH、DAT、Nurr1和Pitx-3基因表达也显著上调，6个月后帕金森病统一评分量表(UPDRS)显示PD症状明显好转，推测可能是Lmx1α过表达促进MSCs分化为多巴胺能神经元，同时高含量的NTN对受损多巴胺能神经元起营养、修复和功能重建功效。Somoza等[12]发现外源性EGF、bFGF可促进移植的MSCs分泌BDNF，使MSCs向TH阳性神经元分化，且BDNF可进一步激活酪氨酸激酶受体B(TrkB)，以促进内源性细胞分泌更多BDNF，从而保护多巴胺能神经元免受6-OHDA神经毒素损伤。相关研究发现MSCs也能直接刺激内源性细胞分泌神经生长因子(如EGF、BDNF、NT-3)，延缓或逆转多巴胺能神经元变性，并可促进丢失的多巴胺能神经元再生[13]。Jin等[14]发现MSCs能分泌NGF、BDNF等神经营养因子促进内源性神经前体细胞(NPCs)分化为多巴胺能神经元(TH基因表达上调)，进而增加多巴胺递质含量，阻止或延缓黑质-纹状体多巴胺能通路进行性退变。Park等[15]也发现MSCs能激活内源性NPCs增殖，并促进NPCs分化为多巴胺能神经元；同时MSCs也可促进表皮生长因子受体(EGFR)表达上调，EGF分泌显著增加，从而提高新生多巴胺能神经元的存活及整合能力，营养和保护残存的多巴胺能神经元。此外，MSCs能激活宿主小胶质细胞和星形胶质细胞，这些活化的胶质细胞也可分泌多种营养因子(如GDNF、NGF、NT-3)而保护多巴胺能神经元免遭MPTP神经毒素损害，进而促进受损的多巴胺能神经元再生[16-17]。研究发现MSCs还能分泌细胞外基质(ECM)，有助于细胞对抗氧自由基损伤，减少细胞凋亡，进而营养和修复损伤的多巴胺能神经元[18]。有研究表明，受损脑区移植MSCs，则可明显增高局部Bcl-2、G-CSF、BDNF表达水平，促进多巴胺能神经元修复及功能重建；同时可上调丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)活性，降低caspase-3活性，从而抑制神经细胞凋亡[19]。Wang等[20]也发现MSCs之所以能修复变性的多巴胺能神经元，与其移植后局部所分泌的SDF-1α起抗细胞凋亡效应密切相关。此外，MSCs是受损部位新生微血管的主要组成细胞，因而有学者认为MSCs保护和修复多巴胺能神经元可能与其分泌多种促内皮细胞增殖因子和血管生成因子(如VEGF、FGF-2、Ang-1/Ang-2、HGF、IGF-1、MCP-1、SDF-1、PLGF和CXCL7)所致的微血管再生效应息息相关[13, 21]。

2.2 免疫调控和抗炎作用

MSCs能通过细胞与细胞之间接触，诱导免疫耐受，低表达MHCⅠ，不表达MHCⅡ和其它共刺激分子(CD86、CD80、CD40/CD40L和FasL)，同时MSCs能分泌IL-6、IL-10、IDO、TGF-β、PGE-2、NO和HO-1等多种免疫活性分子，也能促进Toll样受体(TLR)表达，抑制T细胞、B细胞、NK细胞和抗原提呈细胞活性[22]，这种免疫耐受和免疫抑制效应为同种异体MSCs移植治疗PD成为可能。最新一项研究发现自噬系统紊乱所致的α-synuclein储积与PD的发生发展密切相关，而移植的MSCs可促进LC3-Ⅱ阳性的自噬溶酶体形成，减少α-synuclein表达，进而提高多巴胺能神经元存活比率和促进其功能恢复[23]。此外，神经炎症和小胶质细胞大量活化也可导致多巴胺能神经元进行性变性。Chao等[24]发现MPTP可破坏PD鼠血脑屏障(BBB)致甘露糖结合凝集素(MBL)渗透入脑，激活小胶质细胞而产生炎症应答，损伤多巴胺能神经元；进一步研究发现MSCs可通过修复BBB，降低MBL渗透，从而抑制小胶质细胞活化，同时MSCs能分泌TGF-β1，调控免疫炎症反应，进而保护多巴胺能神经元免遭炎症因子损伤。Kim等[25]也发现MSCs移植可抑制脂多糖(LPS)诱导的小胶质细胞活化，减少诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达和TNF-α分泌，这种抗炎效应能有效保护因炎症而受损的多巴胺能神经元。

3 调节细胞代谢

MSCs调节细胞代谢而保护神经细胞鲜有报道。一项最新研究发现MSCs可调控细胞ATP、NAD+/NADH比率，降低高浓度谷氨酸对线粒体膜损伤，从而调节细胞能量代谢，减少神经细胞变性[26]。Fu等[27]将MSCs移植入经6-OHDA毁损处理的PD鼠黑质纹状体内，氢质子磁共振波谱(1H-MRS)分析显示纹状体区N-乙酰天冬氨酸(NAA)/肌酐(Cr)比率相比未移植组则明显增高；而胆碱(Cho)/肌酐(Cr)比率则显著降低，行为学研究发现移植组PD鼠旋转次数明显减少，神经功能恢复更为显著。Zhao等[28]研究了MSCs移植对PD鼠多巴胺及其代谢物的影响，高效液相色谱法测定结果表明MSCs移植后的纹状体内多巴胺(DA)、高香草酸(HVA)、二羟苯乙酸(DOPAC)含量及DA/HVA、DA/DOPAC比率均有不同程度增高，推测MSCs可能通过降低多巴胺代谢速度，进而减少多巴胺自身氧化，从而改善阿扑吗啡(APO)诱导的PD鼠旋转行为。由此可见，MSCs可通过调节神经细胞代谢而对多巴胺能神经元起保护作用。此外，MSCs可分泌大量小囊泡，这些小囊泡可转运蛋白质、脂质和RNAs至邻近细胞，尽管相关机制尚不清楚，但MSCs所分泌的小囊泡对保护和修复受损神经细胞意义重大[29]。

4 小结

综上所述，目前MSCs移植治疗PD较为认可的作用机制主要有MSCs移植可定向分化替代变性或缺失的多巴胺能神经元；也可分泌多种生物活性因子，起神经营养、抗细胞凋亡、微血管再生、免疫调控和抗炎效应；此外，还可调节细胞代谢保护多巴胺能神经元。当然，更多其它潜在的作用机制尚需大量动物实验和前期临床试验研究进一步探索、证实。总之，MSCs移植治疗PD的上述作用机制并非相互独立，而是相互依赖，相互影响，共同营养、修复和促进受损多巴胺能神经元再生，进而提高多巴胺递质分泌水平，从病理基础上阻止或逆转黑质-纹状体通路进行性退变，改善运动障碍。

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Research progress on function mechanism of Mesenchymal stem cells transplantation for Parkinson′s disease

CHEN Jia-qi1, CHEN Hui-min2

(1. Medical School， Ningbo University, NingBo 315000; 2. Ningbo No.2 Hospital , NingBo 315000, China)

The main pathological changes of Parkinson′s disease(PD) are the progressive degeneration of dopaminergic neurons in the area of substantia nigra, which results in dopamine reduced sharply in the striatum, and develops movement disorders. At present, to a certain extent, drug and surgical treatment can partially improve the clinical symptoms of early PD, but cannot prevent or reverse dopaminergic neuron degeneration. In recent years, Mesenchymal stem cells (MSCs) transplantation, as a forefront of treatment method for PD, attracts tremendous attention because of its curative effect. This article reviewed the possible function mechanisms of MSCs transplantation promote the neural functional recovery of PD.

Mesenchymal stem cells; Parkinson′s disease; function mechanism

2014-04-03；

2014-04-14

浙江省医学会临床科研基金项目(编号：2013XYC-A73)

陈佳琦，硕士，主要从事干细胞研究工作；

陈慧敏，主任医师，教授，硕士生导师，专业方向为神经系统疑难病的诊治研究，E-mail：qjc600@163.com。

R742.5

A

2095-1736(2015)01-0082-04

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.01.082