阿尔茨海默病的干细胞替代疗法

“Introduced myself to mother again today.(今天我再一次向妈妈介绍了我自己)”这是2014年英国6个单词微小说比赛的获奖作品之一。短短的6个字饱含了阿尔茨海默病给患者及其家人带来的无尽的痛苦和无奈，也反映了阿尔茨海默病临床治疗所面临的巨大挑战。

阿尔茨海默病治疗现状

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，以下简称“AD”）是一类在老年人群中高发的神经退行性疾病，俗称老年痴呆。AD患者主要临床表现为学习和记忆能力的丢失、认知功能障碍以及语言和视空间功能障碍，病程晚期会发展为人格改变、行为异常，并最终导致痴呆和死亡。AD的主要病理改变为脑内β-淀粉样蛋白斑（又称为老年斑）和神经纤维缠结，以及由它们引起的神经元退行性病变、死亡以及神经突触的丢失。在中国，65岁以上老年人中阿尔茨海默病的患病率约为4%，随着社会老龄化进程的加剧，神经退行性疾病正越来越多地影响着老年人的健康和生活质量，并对社会和患者家庭造成了沉重的负担。

遗憾的是，科学家对这种复杂疾病的病因仍不十分了解，使得针对该疾病的预防和治疗也收效甚微。目前，临床上对AD的治疗主要依赖于药物,然而，现有的用于AD治疗的药物不仅种类少，副作用大，而且只能缓解或减轻症状，不能阻止病情的发展，更无法治愈AD。据统计，从2002年至今，针对AD的新药研发失败率为99.6%，远高于癌症新药研发81%的失败率。2016年11月，美国礼来公司宣布，被寄予厚望的AD药物Solanezumab临床3期试验失败；2017年2月，美国默沙东公司宣布终止AD药物Verubecestat的临床3期试验；同样遭遇失败的还有丹麦灵北制药公司的5-HT6受体拮抗剂Idalopirdine。

国际阿尔茨海默病协会于2015年9月发布的《2015年全球阿尔茨海默症报告》显示，仅2015年一年，就有约1 000万阿尔茨海默病新增病例，相当于每分钟约有19人患病。

干细胞替代疗法带来新希望

AD新药研发领域的接连失败督促着人们去寻求新的治疗策略。近年来，干细胞研究领域取得了重大突破，体外获得各种神经干细胞成为可能。这种情况下，科学家开始试图利用干细胞来源的神经元替代患者大脑内病变的神经元，这种细胞替代疗法为AD的治疗提供了新的希望。

乙酰胆碱能神经元（BFCNs）在大脑认知功能中的作用

2006年，日本科学家山中伸弥（Shinya Yamanaka）和他的学生高桥和利(Kazutoshi Takahashi)利用重编程的方法成功地将小鼠皮肤细胞转变为多潜能干细胞，称为诱导多能干细胞（Induced Pluripotent Cells，iPS细胞）。随后，他们又成功地得到了人的iPS细胞。理论上，胚胎干细胞和iPS细胞可以分化生成人体所需的各种供体细胞，在基于细胞替代疗法的再生医学方面有巨大的应用前景。神经退行性疾病的干细胞治疗，主要是指把人的胚胎细胞或iPS细胞定向分化为患者所需的神经干细胞，并把这些神经干细胞通过手术移植到患者的患病脑区，外源神经干细胞分化后产生新的健康神经元，取代患者自身丢失、死亡的神经元，从而修复患者的神经系统。

干细胞替代疗法可有效改善AD

帕金森病是仅次于阿尔茨海默病的第二大神经退行性疾病。目前，在所有的神经退行性疾病中，针对帕金森病的干细胞治疗开展最早，研究也最为深入和广泛。早在1979年，就有实验室发现向帕金森病模型大鼠的脑内移植胎鼠的中脑组织可以有效改善大鼠的症状。2015年，美国哈佛医学院依·萨克森(Ole Isacson)教授和我国首都医科大学宣武医院的陈志国教授先后发表了诱导多能干细胞自体移植帕金森模型猴的相关研究成果，这些都为帕金森病的干细胞治疗的临床应用提供了可靠的依据。

尽管干细胞替代疗法在阿尔茨海默病的治疗中具有迫切的需求，但是与帕金森病相比，针对阿尔茨海默病的干细胞研究还十分有限。近10年来，美国、韩国、日本和中国的多个实验室陆续尝试将各种类型的干细胞，包括成体神经干细胞、胚胎干细胞分化而来的神经前体细胞、脐带血和骨髓来源的间充质干细胞以及星形胶质细胞等，移植入AD模型鼠脑内进行干细胞治疗AD的探索。这些研究发现，移植的干细胞可以通过清除脑内β-淀粉样蛋白沉积或释放神经营养因子，来部分改善模型小鼠的AD症状。

位于基底前脑的乙酰胆碱能神经元（Basal Forebrain Cholinergic Neurons，BFCNs）可以投射到大脑的海马和皮层，并组成神经环路，在大脑认知功能包括学习、记忆和注意力方面都发挥着不可或缺的作用。一系列研究表明，AD患者BFCNs的丢失和功能障碍，引起神经递质乙酰胆碱释放的减少及代谢异常，这是导致AD患者认知功能减退的重要原因。因此，BFCNs可能具有改善AD患者认知功能的潜能。2015年，笔者所在实验室成功地将小鼠和人的胚胎干细胞诱导分化为BFCNs，该研究成果发表在了国际期刊《干细胞报告》（Stem Cell Reports）上。分化过程中得到的BFCNs前体细胞移植到AD模型小鼠的基底前脑后，可以分化为成熟的、有功能的胆碱能神经元，并整合到小鼠自身基底前脑的胆碱能投射环路当中，提高脑内乙酰胆碱水平，显著改善模型小鼠的认知功能。

值得注意的是，与帕金森病是由单一类型神经元（多巴胺能神经元）在脑内特定区域（黑质纹状体）的变性丢失所造成的不同，阿尔茨海默病患者脑内的神经元死亡和突触丢失随病程的发展广泛分布于大脑的各个区域，包括基底前脑、大脑皮层和海马。由于这些丢失的神经元的特性、类型和功能各有不同，所以阿尔茨海默病的干细胞治疗更为复杂。干细胞替代疗法是一种主要针对局部区域的治疗手段，因此，科学界对干细胞替代疗法是否适用于AD还存在一定的争议。目前，针对AD干细胞治疗的研究才刚刚起步，离临床转化应用还有很长的一段路要走。

干细胞替代疗法的挑战和应用前景

总体上，我国对在临床上开展干细胞治疗尤其是神经退行性疾病的干细胞治疗的调控和推动保持了科学严谨的态度。2015年8月，国家卫生和计划生育委员会、食品药品监督管理总局联合发布了《干细胞临床研究管理办法（试行）》和《干细胞制剂质量控制及临床前研究指导原则（试行）》，规范干细胞临床研究的机构资质和条件，明令禁止医疗机构发布干细胞临床研究广告或向受试患者收取费用，并且限定多项措施保护患者的权益。2016年，国际干细胞研究学会（ISSCR）发布了最新版本的《干细胞研究与临床转化指南》，提出适合移植的干细胞必须满足以下条件：

1.能在体内长期存活并分化出目的亚型的神经元；

2.不具成瘤性，在移植入脑内1～2个月后不应继续增殖；

3.植入的干细胞分化的神经元能整合到患者脑内的受损神经环路并改善患者的临床症状；

4.干细胞和其他药物一样，需要通过临床标准化体系生产，通过严格质控才能作为移植供体细胞，用来治疗患者。

尽管自体iPS细胞分化的神经干细胞作为移植细胞在理论上能避免或减少免疫排斥反应，也更符合伦理，但存在诸多潜在问题。第一，患者特异性的iPS细胞的建立和分化过程非常复杂，iPS细胞基因组要进行全面分析以确保细胞未携带致癌或其他不利的基因突变，这些需要耗费患者大量的时间和金钱。第二，由于患者特异性的iPS细胞和患者的遗传背景一致，是否可以作为细胞治疗的最佳供体细胞还有待商榷。因此，更现实的做法是建立满足各类组织相容性抗原匹配要求的来自健康人的iPS细胞库，提供标准化的干细胞产品。

干细胞替代疗法的发展方向应该是和其他药物或疗法结合以达到最佳的治疗效果。具体到阿尔茨海默病，患者脑内存在神经炎症反应、毒性的Aβ寡聚体的不断产生、神经纤维的缠结、免疫细胞的攻击等，都可能对移植入患者脑内的干细胞产生不利的影响。因此，在干细胞治疗的同时，辅以改善患者脑内环境的药物，可能会产生更为显著的治疗效果。

2016年，国家卫生和计划生育委员会、食品药品监督管理总局公布了首批干细胞临床研究机构，开放注册临床研究，启动首批干细胞与转化研究重大研发计划项目。2017年4月11日，由中国科学院周琪院士主导的“人胚胎干细胞来源的神经前体细胞治疗帕金森病”在郑州大学第一附属医院正式启动，成为国内首批国家卫生和计划生育委员会批准的干细胞治疗帕金森病的临床研究项目。

未来，干细胞替代疗法在神经退行性疾病临床上的成功应用，需要科学家深刻理解各种神经退行性疾病的致病机理，深入研究干细胞在脑内发挥功能的具体机制，详细阐明干细胞移植入脑内后可能引起的慢性炎症反应和免疫排斥反应，制定与完善临床级干细胞产品细化标准。相信经过基础和临床科学家的不懈努力和紧密合作，干细胞替代疗法在包括AD在内的神经退行性疾病的治疗方面一定会迎来光明的前景。