神经干细胞治疗阿尔茨海默病的研究进展*

朱 琼，徐亚丽 综述，刘 政 审校

(第三军医大学附属新桥医院超声科，重庆 400037)



·综 述· doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.30.036

神经干细胞治疗阿尔茨海默病的研究进展*

朱 琼，徐亚丽△综述，刘 政 审校

(第三军医大学附属新桥医院超声科，重庆 400037)

阿尔茨海默病；神经干细胞；治疗

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)属于神经退行性疾病，其神经元的变性和缺失是不可逆转的，确诊后生存期仅为3～9年[1]。20世纪90年代以来，AD患病率增加超过了50%甚至更多[2]。目前，AD患者已超过4 000万，亟待新的治疗方法。神经干细胞(neural stem cells， NSCs)给AD的治疗带来了新的希望。但是，成体内的内源性NSCs数量极其有限，希望通过刺激内源性NSCs增殖分化，或移植外源性NSCs到病灶处，以修复受损的神经组织，补充缺失的神经元，为AD提供一种崭新的神经元替代治疗方法。

1 NSCs

NSCs是具有自我更新和多向分化潜能的原始细胞，可分化为神经元、星形胶质细胞及少突胶质细胞等多种类型的神经细胞，且具有高迁移、高播散及低免疫原性的特点。NSCs最早由Reynolds等[3]从成年小鼠纹状体中分离得到，之后发现在中枢神经系统的多个部位都有NSCs的存在，成人的NSCs主要存在于侧脑室下区和海马齿状回颗粒下层，其特征性的标志物是神经巢蛋白。

研究发现移植NSCs不仅能分化为多种类型的神经细胞替代缺失神经组织，同时能产生多种细胞因子，如脑源性神经营养因子，神经生长因子及胶质源性神经营养因子等，并促进突触发生、调节其可塑性[4-5]，进而有效改善AD动物认知、学习与记忆功能。但NSCs究竟是分裂为子代干细胞，还是分化为成熟子代细胞，如何调控其分化方向，其中的机制又是如何，是目前学者们研究的热点。研究发现，脑源性神经营养因子、胶质源性神经营养因子、血管紧张素Ⅱ和促红细胞生成素等均能促进NSCs向神经元分化。多种信号通路也与NSCs分化相关。有研究发现，丙戊酸钠能通过激活Wnt-3α 和Wnt/β-catenin通路，诱导NSCs向神经元的分化[6]。关于G蛋白偶联受体5-核因子-κB(GRK5-NF-κB)通路在NSCs的分化中的作用，Zhang等[7]研究表明，敲除GRK5后，NSCs不仅分化受到抑制，而且促进了NSCs的凋亡，其机制可能是GRK5敲除后，NF-κB的转录和LKB1(一种抑癌基因)的磷酸化受到抑制，同时激活了caspase3，进而调控NSCs的分化和凋亡。Notch通路，泛素蛋白等也与NSCs的分化相关[8-9]。另外，培养微环境也影响NSCs的分化，如低氧的培养环境有利于NSCs向胆碱能神经元分化。但到目前为止，尚没有任何方法能精确调控NSCs的分化方向和比例，仍需进一步探索。

2 NSCs治疗AD的进展

近年来关于干细胞移植治疗AD的研究很多，各种干细胞均能分化为神经细胞，但NSCs是神经元最直接的来源，是最理想的替代细胞。胚胎干细胞(ESCs)能够分化为神经元，但其来源存在伦理争议，而且术后容易致发畸胎瘤，目前尚无法应用于临床。诱导多能干细胞(iPS)来源广泛，操作简单，但具有致癌性，诱导效率低。间充质干细胞(MSCs)具有来源广、易分离、可自体移植等优点，但分化为神经元及重建突触功能还有待进一步研究。NSCs迁移及传播能力强，不仅能补充神经元，且能重建部分环路和功能[10]，是神经元替代的理想靶细胞。有研究发现，在脊髓损伤修复中，静脉注射NSCs较骨髓MSCs，大鼠的运动功能恢复速度更快，恢复的效果也更好[11]。NSCs分化为新的神经元以替代和修复AD患者脑组织中受损的神经元，目前主要有两种途径：(1)内源性途径，即诱导内源性的NSCs增殖、分化，使受损的神经系统进行自我修复；(2)外源性途径，即直接移植外源性的NSCs以替代缺损的神经组织或植入基因工程细胞。

2.1 内源性途径 内源性途径是通过激活体内自身的NSCs，使其再进入新的细胞循环，并诱导其增殖分化为所需的各种成熟的神经细胞，修复或替代受损的神经组织的过程。在AD病理情况下，脑部可有内源性NSCs增殖，但不足以有效修复和替代受损神经组织。所以有学者认为，神经退行性疾病实际上是内源性神经再生失败的过程。如果能找到有效的方法诱导内源性NSCs的增殖分化，将给AD患者带来福音。研究发现，外源性的细胞因子能够促进内源性NSCs的增殖分化。Han等[12]研究发现，NSCs产生的血管内皮生长因子受体3(VEGFR3)及其配体VEGF-C，能激活静止状态的NSCs进入新的细胞周期，分化为神经前体细胞，说明VEGF-C/VEGFR3通路能够特异性地激活NSCs，调节其增殖分化。有研究认为血管内皮生长因子可改变AD大鼠的学习和记忆能力，其机制是通过刺激大鼠海马区血管发生和神经生成[13]。在AD小鼠模型中，Baron等[14]发现干扰素-γ能提高成体小鼠海马齿状回神经发生，从而改善其空间学习记忆能力。神经内固醇3α，5α-四氢孕酮(ALLO)，是γ氨基丁酸受体A亚型的正性变构剂，有研究发现，ALLO能够明显减少海马、皮质和杏仁体中Aβ的产生，激活NSCs分化相应的信号通路，当ALLO每周治疗剂量为10 mg/kg时，能够促进神经系统再生，延缓AD病程的进展，改善认知和记忆功能[15]。Wei等[16]研究发现，低剂量的射线(0.3 Gy)能够激活Wnt/β-catenin通路，刺激内源性NSCs的增殖和分化。另外，研究发现改善认知功能和治疗痴呆的药物、丰富的生活环境、针刺疗法等在一定程度上也能激活内源性的NSCs。以上研究提出，能否利用外源性的某种细胞因子或联合应用多种细胞因子，来调控内源性NSCs的增殖分化，但由于NSCs分化的各个阶段所需细胞因子种类、浓度不同，各种因子联合的有效性及安全性也无法确定，故仍待进一步研究证实。

2.2 外源性途径 外源性途径即将体外培养并分化为特定的神经细胞移植到体内，或直接移植NSCs，通过信号引导作用使其分化为神经元并建立细胞连接和功能的过程。根据是否对神经干细胞进行基因工程改造，分为异体NSCs移植和NSCs相关基因治疗两种。

2.2.1 异体NSCs移植 实验证实，将外源性的NSCs移植到体内后，NSCs能向病灶迁移，并分化为特定部位的相应细胞，其分化方向既与NSCs的内在特性有关，也与所处微环境密切相关。例如过量表达淀粉样蛋白前体将会导致移植的NSCs产生更多的星形胶质细胞而不是神经元。在体外通过细胞因子将NSCs诱导为特定细胞后移植到损伤部位，或者是直接将NSCs移植到损伤部位后同时注入相关的细胞因子，这两种方法都可以改变NSCs局部微环境，进而促进其增殖分化。但到目前为止尚没有发现利用某些细胞因子能将NSCs全部诱导为所需功能的神经细胞。Zhang等[5]将NSCs移植到海马区后，多种细胞因子产生增多，如N-甲基-D-天冬氨酸 2B单位、突触素、蛋白激酶C ζ 亚型、酪氨酸受体激酶B及脑源性神经营养因子等，且长时程增强效应增强，AD小鼠的空间学习和记忆能力得到改善。Chen等[17]研究发现，将NSCs移植到12个月大小的转基因AD小鼠的海马区后，与未移植NSCs的对照组比较，在水迷宫实验中实验组小鼠的空间记忆和学习能力明显优于对照组，冰冻切片结果也显示实验组的神经元细胞明显多于对照组，提示NSCs移植到海马区后能够分化为神经元，进而改善了AD小鼠的学习和记忆能力。有研究发现，雪旺细胞及嗅鞘细胞分别与NSCs联合移植，NSCs的存活率均较单独移植NSCs高，且分化为胆碱能神经元的数量也增多，AD大鼠的学习记忆能力改善也更明显[18-19]。到目前为止，尽管许多基础研究表明，移植NSCs在AD治疗中效果明显，但究竟是NSCs分化为神经元替代损伤的神经组织，还是NSCs分泌的细胞因子或者是移植的NSCs激活了某些信号通路进而促进了神经发生，尚存在争议。

2.2.2 NSCs相关基因治疗 随着基因工程的发展，利用基因工程细胞替代和基因治疗已成为整个生命科学领域中的研究热点，其中寻找合适的载体是基因治疗中最为关键的技术。将NSCs作为基因治疗的载体，可以弥补许多其他载体的不足，且能提高外源性基因的表达效率。通过转基因技术，将神经营养因子基因等导入NSCs中，然后将NSCs导入体内，使其表达外源性基因，进而改善局部微环境，从而阻止神经元的变性坏死，促进NSCs的增殖分化[20]。Blurton-Jones等[21]在AD模型上已经证实，NSCs能够有效地递送治疗AD相关的蛋白到达脑内。他们在体外培养了能大量表达脑啡肽酶的NSCs，移植到AD老鼠模型中后，有效地减少了Aβ相关的病理过程，增加了突触间的联系。国内有实验研究表明，脑源性神经营养因子修饰的神经干细胞和胰岛素样生长因子修饰的神经干细胞移植后，对AD大鼠的学习记忆能力都有明显改善，其中脑源性神经营养因子修饰的神经干细胞能够通过抑制海马区p75表达来防止由Aβ1-40造成的神经损伤[22-23]。Ben Menachem-Zidon等[24]利用基因工程将抗炎因子的基因导入NSCs中后移植入AD老鼠，脑源性神经营养因子的表达量增多，同时海马区细胞的数量增多，在水迷宫实验中，其学习记忆功能明显优于仅移植神经前体细胞的老鼠。但目前载基因NSCs用于AD治疗仍处于实验研究阶段，如何安全高效地组合NSCs和目的基因仍需进一步研究。

3 问题与展望

近年来研究NSCs治疗AD取得了一定的进展，但目前仍停留在动物实验阶段，在研究中尚存在一些问题。一是AD的主要病理环节是老年斑和神经元纤维缠结，但目前对Aβ的来源尚没有定论，没有任何一种疾病模型能够完全模仿此病理过程。目前使用的模型是同时携带APP和PS1基因的AD小鼠[25]。另外，NSCs的增殖、分化、迁移及局部微环境调控机制尚不清楚，对移植后的NSCs分化方向缺乏有效的调控手段，分化产生的神经元能否形成突触、建立有效的细胞间功能连接是目前面临的主要瓶颈。移植后神经功能恢复情况的评估，目前主要采用行为学指标来判断，但神经功能的改善究竟是NSCs产生的新的神经元替代受损神经组织导致，还是因为NSCs在体内产生的神经营养作用；单独移植NSCs能否有效减少Aβ的沉积、增加其清除；针对不同环节，联合Aβ抗体和神经元替代治疗能否提高治疗效果。这些问题都还有待进一步研究。相信随着对NSCs认识的深入，应用NSCs治疗AD或其他神经系统疾病在不久的将来将会成为现实。

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国家自然科学基金资助项目(81471795)。 作者简介：朱琼(1990-)，在读硕士，主要从事超声空化治疗相关研究。△

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