干细胞治疗自闭症研究进展

常征,季瑞莲,张杰,刘素静,王丽华

(山东齐都药业有限公司,山东 淄博 255400)

自闭症(ASD)由于发病机制复杂及临床表现的异质性而备受基础与临床医学研究的关注[1]，ASD发病因素的多样性导致患者在临床症状、智力水平、严重程度等方面差异较大[2]，使ASD成为一种与消化系统[3]、免疫系统[4]和代谢功能等多系统相关的神经发育异常引起的疾病[5]。ASD涉及大脑发育及突出连接异常，并且其发病过程有多阶段渐进性的特点，几乎包含出生前和出生后整个生命周期，ASD发病起始于第一胚胎期细胞增殖及分化异常，导致神经细胞迁移，神经元成熟改变，神经突触生长不良，神经网络功能异常等一系列发育异常。

ASD在正常人群中的发病率大约为1%[6]，其症状大约在儿童12～18个月的时候就有表现，而患儿24～36个月以后才能确诊，有个别患者甚至到成人才能被诊断为自闭症，虽然自闭症主要特征为极端孤僻，与人缺乏感情联系，语言障碍，感知反应异常和智能障碍等，但其相关症状对患者影响更大，如易怒、焦虑、攻击、强迫、情绪不稳定、胃肠道问题、抑郁症和睡眠障碍[7]。自闭症严重影响患儿的日常行为，阻滞了正常发育，对患儿及其家庭带来沉重的负担。

1 自闭症的治疗现状

目前ASD的治疗手段有多种。包括社会技能训练、早期强化行为疗法、应用行为分析、言语疗法、职业疗法等常规疗法和精神药物[8]、经颅磁刺激[9]和替代疗法，如高压氧疗法[10]、音乐疗法、认知疗法和社会行为疗法[11]。激素疗法在改善中枢性ASD症状方面也显示出一些显著效果[12]。维生素、草药、精油和营养补充剂结合传统疗法[13]在改善ASD症状方面也有一定效果，需要更多的研究来验证起效果。越来越多的学者认为，持续改善ASD症状可能需要新的疗法和干预措施。而在这些新疗法中，基因疗法和干细胞疗法对治疗ASD有很大的潜力[14]。

2 干细胞治疗自闭症的机制

干细胞至少可通过两个关键作用机制干预ASD治疗：首先，通过旁分泌效应分泌细胞因子、趋化因子和生长因子发挥组织损伤修复作用，负责损伤组织的修复/修复)；其次通过免疫调节特性发挥免疫调节作用[15]，ASD通常表现为免疫系统异常和促炎细胞因子表达升高，CD3+、CD4+、CD8+T细胞以及自然杀伤(NK)细胞比例失衡[16]，单核细胞和巨噬细胞过量表达炎性白细胞介素1β等[17-19]。干细胞的免疫调节能力可以调节ASD患者免疫失衡。干细胞可以通过抑制TNF-α和IFN-γ表达并且促进抗炎症因子IL-10表达，从而抑制CD8+和CD4+T淋巴细胞以及NK细胞的过度活化和增殖[20]。进一步动物实验发现，自闭症动物模型移植干细胞后，干细胞可以通过分泌性因子或者细胞与细胞直接接触的方式，调节动物模型体内微环境，发挥免疫调节功能[21]。

3 干细胞治疗自闭症的细胞种类

干细胞是一类具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞。目前研究发现，多种类型的干细胞对自闭症具有治疗效果(见表1)，其中脐血造血干细胞和脐带间充质干细胞具有免疫调节和改善脑内微循环的功能。

表1 不同细胞类型干细胞治疗自闭症的作用机制

3.1 胎儿来源干细胞 胎儿来源的干细胞能够分泌多种神经营养和免疫调节因子，具有促进神经元生长并抑制促炎细胞因子分泌的作用，使其成为治疗ASD和多种神经退行性疾病的潜在候选药物。目前已有很多关于胎儿来源干细胞成功应用于神经退行性疾病的报道。胎儿神经干细胞移植到大鼠颞叶癫痫和缺血模型中时，他们可以分化成神经元[22]。胎儿来源的多巴胺神经元细胞也被应用于帕金森患者[23]。也有临床试验证实胎儿来源干细胞应用自闭症儿童的安全性和有效性，试验未发现不良事件，且在改善自闭症症状方面有显著差异[24]。

3.2 骨髓来源间充质干细胞 MSC在几乎所有的成体组织中都有发现，其特征在于体外呈成纤维样贴壁生长，细胞表面表达CD105、CD90、CD73和CD29，不表达CD34、CD45和HLA-DR，体外可以分化为成骨细胞、成软骨细胞和脂肪细胞[25]。并且可以分泌多种细胞因子和免疫调节因子，使其在细胞治疗中具有广阔的应用前景[26]。目前已发现MSC可能通过多种机制干预自闭症发病过程，如多向分化、抗凋亡及抑制炎症因子分泌等[27]。其中旁分泌作用及免疫调剂特性使其成为治疗自闭症的潜在候选，体外培养MSC可以通过分泌VEGF、HGF、BDNF、NGF等神经保护因子发挥作用，也可以通过免疫调节作用抑制炎症因子的分泌[28]。

3.3 脂肪来源干细胞 干细胞也可以以微创的方式从体内不同的脂肪组织中分离出来，称为脂肪源来源干细胞(ASCs)。与MSCS类似，ASC体外呈成纤维样贴壁生长，表达CD90、CD105、CD73、CD44和CD29，不表达CD45和CD34，能够分化为成骨细胞，成软骨细胞及脂肪细胞[29]。ASC同样可以分泌多种细胞因子，并具有低免疫原性和免疫调节功能。ASC已被用于多项临床试验，主要针对免疫紊乱、心肌梗死、骨缺损和神经退行性疾病等多种适应证。尽管目前还没有关于使用ASC治疗ASD的报道，但在其他神经系统疾病模型，如小鼠脑梗模型中，ASC已被证明可以通过促进新的神经元形成及促进血管新生，发挥损伤修复的作用[30]。

3.4 脐带/胎盘来源干细胞 脐带和胎盘也是干细胞的理想来源。这些干细胞与骨髓间充质干细胞表型及功能相似，具有较强的体外增殖能力、低免疫原性和免疫调节性，且不存在伦理争议和畸胎瘤形成的风险，新生儿出生后存储干细胞后可用于自体移植[31]。

3.5 神经干细胞 神经干细胞存在于胎儿和成人大脑中，具有体外增殖能力和并可分化为神经元、星形细胞和少突胶质细胞[32]。神经干细胞可以迁移到神经组织分泌多种神经营养因子发挥神经保护作用，是治疗ASD的理想细胞。目前研究表明NSC可以通过神经保护的作用提高脑组织损伤修复[33]。

3.6 造血干细胞 造血干细胞主要存在于骨髓中，也存在于外周血和脐带血中。特异性表达CD34、CD59、CD117、CD133、CD164等表面抗原[34]。具有自我更新、多向分化及归巢能力，可以迅速迁移到炎症部位并分化为髓系及淋系细胞分泌多种细胞因子，通过抑制炎症反应而发挥神经保护作用[35]，目前已有多项临床试验通过CD34+造血干/祖细胞治疗自闭症。

4 干细胞治疗自闭症的临床试验

目前已有多项临床试验验证干细胞治疗儿童自闭症的安全性和有效性(见表2)。

表2 目前已开展的干细胞治疗自闭症临床试验

Sharma研究团队进行的一项临床试验通过抑制自体骨髓单个核细胞治疗儿童自闭症(中位年龄10.5岁，男女比例为3∶1)，骨髓单个核细胞从骨髓抽吸液中分离，用CD34+标记计数并检查其存活率。鞘内注射细胞并监测不良事件以确定干细胞移植的安全性。试验过程中部分患者出现轻微不良事件(呕吐、恶心、注射侧疼痛)，但这些事件与手术相关，而非细胞移植相关。在细胞移植后，印度自闭症评估量表(ISAA)表明，在社交(改善眼神接触、社交微笑和与他人接触)、认知(注意力、注意力集中和反应时间)以及语言(减少回音语音，进行刻板的重复使用语言，产生幼稚的尖叫或异常噪音，无法发起或维持与他人的对话等)方面的症状得到明显改善[36]。最近，Sharma等[37]的另一项临床试验通过移植骨髓单个核细胞治疗成年男性自闭症(25岁)，患者通过髓鞘内注射的方式进行自体骨髓基质细胞移植，未发现重大不良事件。细胞移植6个月后，患者注意力、坐姿耐力、睡眠、眼神接触、社交互动和记忆力得到明显改善。且治疗后6个月后18F-FDG-PET扫描显示脑低代谢区域有所改善。

Lv等[38]进行了一项Ⅰ/Ⅱ期临床试验，以研究脐带血单个核细胞和脐带间充质干细胞联合移植治疗儿童自闭症的安全性和有效性。37名自闭症儿童(只有一名女童)被随机分为对照组(平均年龄5.6岁)和试验组。试验组进一步分为脐带血单个核移植组(平均年龄7.4岁)和联合组(平均年龄6.2岁)。移植过程和整个随访期间均未记录不良反应。细胞移植后，嗜睡及社交(视觉、情感、智力反应、身体使用、适应变化、恐惧或紧张、非言语交流、多动症和不当言语)方面有显著改善。在24周随访结束时，与对照组相比，联合组的改善效果最好，可能脐血单个核细胞和脐带间充质干细胞联合使用发挥了积极作用。

在另一项临床试验中，共有45名孤独症儿童(39名男性，6名女性，平均年龄6.9岁)被纳入试验评估胎儿干细胞对自闭症患者安全性和有效性。干细胞从5～9周大的人类胎儿(每个移植过程一个供者样本)中采集。干细胞从胎儿肝脏和大脑中提取并体外扩增[39]。干细胞移植一年内，接受干细胞治疗的自闭症儿童没有因细胞治疗而出现不良事件或副作用。干细胞移植后的早期效果是改善眼神接触、食欲等。6个月和12个月随访时，自闭症患者社交能力、认知能力明显改善，尤其是在最后一个时间点。值得注意的是，细胞治疗前后的免疫检测结果表明，CD3+T淋巴细胞和CD4+T淋巴细胞的显著增加，CD19+B淋巴细胞下降，表明胎儿干细胞的免疫调节功能似乎是其治疗儿童自闭症的关键作用机制[40]。

5 展望

目前的临床研究及临床试验结果证明了干细胞疗法在自闭症治疗中的潜在价值。但是，为了更好地阐明干细胞移植对自闭症的治疗作用，必须对干细胞的作用机制进行深入研究，越来越多的研究表明干细胞可能不是通过“细胞置换”的机制直接替换体内受损的神经细胞，而是通过旁分泌的作用分泌多种神经营养因子和免疫调节因子，调节机体的免疫异常，并通过自身分化和分泌细胞因子及神经肽，刺激新生血管发生，改善缺血缺氧状态，激活和修复脑内已经受损的神经细胞[41]。但是，虽然目前的临床研究均表明干细胞治疗自闭症的安全性和有效性，但是到目前为止，仅进行了5项临床试验(见表2)，其中有几个不同之处(研究设计、受试者登记、细胞类型、给药途径、结果测量)，需要进行更全面、详尽的研究和大规模的临床试验，以最终确定干细胞对自闭症的治疗效果极其机制[42]。