一、簡(jiǎn)介

盡管進(jìn)行了幾個(gè)世紀的研究，但神經(jīng)退行性疾病在老齡化世界中繼續造成越來(lái)越大的身體和經(jīng)濟負擔。這些疾病包括帕金森病 (PD)、阿爾茨海默病 (AD)、肌萎縮側索硬化 (ALS)、巴頓病和亨廷頓舞蹈病等。自發(fā)現以來(lái)，神經(jīng)退行性疾病已通過(guò)尸檢和體檢在臨床上得到鑒定。蛋白質(zhì)聚集體的形成、局部神經(jīng)元死亡和進(jìn)行性癥狀都是神經(jīng)變性的典型表現；然而，由于遺傳學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，我們對這些疾病的發(fā)病機制和病因學(xué)的了解得到了重建。在再生醫學(xué)的推動(dòng)下，圖1)。

隨著(zhù)細胞重編程的進(jìn)步，誘導多能干細胞為PD中發(fā)現的局部神經(jīng)變性的細胞治療提供了最大的潛力。由于iPSCs患者的特異性，移植后免疫反應的可能性可以顯著(zhù)降低。

迄今為止，已有170項臨床試驗采用間充質(zhì)干細胞 (MSC)、神經(jīng)祖細胞干細胞 (NPC) 和骨髓來(lái)源的單核細胞 (BM-MNC) 來(lái)緩解阿爾茨海默氏病 (AD)、帕金森氏病 ( PD)、亨廷頓病 (HD)、肌萎縮側索硬化 (ALS)、多發(fā)性硬化 (MS)、脊髓損傷 (SCI) 和腦缺血 (BI)。

二、帕金森病的病理

帕金森病的主要病理改變?yōu)楹谫|(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡，但為何會(huì )引起黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡的病因及發(fā)病機制尚未完全明了。

帕金森病的發(fā)病因素有以下幾個(gè)方面：遺傳因素，到目前至少發(fā)現17個(gè)單基因是家族性帕金森病連鎖的基因位點(diǎn)，另一些尚未克隆的基因還有待于進(jìn)一步研究，目前認為約10%的患者有家族史，絕大多數為散發(fā)性。

除基因突變導致少數患者發(fā)病外，基因易感性可使患病幾率增加，但并不一定發(fā)病，只有在環(huán)境因素、神經(jīng)系統老化等因素的共同作用下，通過(guò)氧化應激、蛋白酶體功能障礙、炎性免疫反應等途徑導致發(fā)病。帕金森，確切原因目前不清楚，考慮是跟家族遺傳有關(guān)系。

在這里，我們檢查導致我們目前對PD的理解的發(fā)現，并提出誘導多能干細胞移植作為最可行的帕金森疾病緩解療法之一。

三、帕金森研究的重大基因發(fā)現

2018年，至少發(fā)現了5個(gè)主要的常染色體顯性基因、5個(gè)常染色體隱性或X連鎖因子和11個(gè)與帕金森樣癥狀相關(guān)的其他疾病的單基因突變。其中最值得注意的是富含亮氨酸重復激酶2 (?LRRK2?) 的突變和多態(tài)性，這是一種在神經(jīng)元存活中發(fā)揮作用的基因，以及編碼一種稱(chēng)為α-突觸核蛋白的蛋白質(zhì)的SNCA基因 (表格1) 。

PD繼承	疾病，（突變）	基因、位置	基因功能	表型
常染色體顯性	PARK-SNCA，（A53T，重復，三次）	SNCA , 4q22-1	SNCA基因編碼廣泛表達于神經(jīng)元突觸前末梢的α-突觸核蛋白。α-突觸核蛋白維持參與神經(jīng)元通訊的囊泡的產(chǎn)生。α-突觸核蛋白也被認為在自愿和非自愿運動(dòng)通路的多巴胺表達中發(fā)揮作用。	早發(fā)性 PD。SNpc 內的神經(jīng)變性和整個(gè)大腦的路易體形成。
	PARK-LRRK2 , ( G0219s , R1441C )	LRRK2 , 12q12	編碼富含亮氨酸的重復激酶 2 蛋白，在神經(jīng)元的細胞質(zhì)和線(xiàn)粒體膜中表達。LRRK2大量參與分子的泛素化，導致它們的降解。PD 中的確切功能尚不清楚，但它被認為可以協(xié)調中腦中的神經(jīng)元存活和分化。	具有混合神經(jīng)病理學(xué)的遲發(fā)性 PD。一些病例在 SN 中出現路易體形成和 DAn 死亡，其他病例則沒(méi)有路易體形成。
常染色體隱性	PARK-DJ1 , ( Q456X , V170G )	DJ-1 , 1p36.23	編碼在大腦和全身其他組織中發(fā)現的蛋白質(zhì)DJ-1。DJ-1是一種多功能蛋白，其作用涉及預防 α-突觸核蛋白聚集、氧化應激條件下的神經(jīng)元保護、轉錄調節和金屬誘導的細胞毒性預防。這些功能的全部或部分可能與某些類(lèi)型的早期PD形成有關(guān)。	尚未報告確鑿的數據。
	PARK-PINK1，（外顯子 7 缺失）	粉紅1 , 1p36.12	位于線(xiàn)粒體內的蛋白質(zhì)PTEN誘導的推定激酶1的代碼。PINK1通過(guò)使 parkin 蛋白與去極化的線(xiàn)粒體結合并誘導自噬，在細胞應激期間表現出線(xiàn)粒體的保護功能。	早發(fā)性PD伴有路易體形成和SNpc中的急性DAn丟失。
遺傳危險因素	戈謝病 ( L444P , N370S )	大灣區, 1q22	編碼在溶酶體和細胞膜中具有活性的酶。β-葡糖腦苷脂酶是一種管家酶，可將葡糖腦苷脂的 β-糖苷鍵水解為葡萄糖和神經(jīng)酰胺。突變導致巨噬細胞中葡萄糖腦苷脂的積累。	除了肝功能衰竭、骨損傷和低血細胞計數外，還有嚴重的神經(jīng)系統并發(fā)癥。

四、遺傳性帕金森病的定制療法

PD背后的病理學(xué)涉及導致類(lèi)似癥狀的多個(gè)系統和神經(jīng)遞質(zhì)的功能障礙。然而，患者對左旋多巴治療的高度可變和集中反應表明，不同的退化生化機制可能需要不同的治療方法。這些差異包括運動(dòng)反應的變化、運動(dòng)障礙、精神病發(fā)作、睡眠障礙和視覺(jué)幻覺(jué)。

個(gè)性化醫療方法為患有特定PD亞群的患者提供更有效的臨床治療和額外的益處。在討論醫療干預時(shí)，個(gè)性化醫療與精準醫療被廣泛混為一談，我們將交替使用這兩者來(lái)考慮針對給定PD患者亞群的靶向治療，以及從整體上接近他們的病情。

特定遺傳因素的影響可以解釋個(gè)體藥物反應的一些差異。遺傳差異在藥物攝取的代謝途徑中起著(zhù)重要作用，這可能會(huì )影響對治療的反應。盡管PD的大部分遺傳性尚未得到解釋?zhuān)幬锘蚪M學(xué)領(lǐng)域試圖研究遺傳學(xué)對藥物力學(xué)的影響——特別是多巴胺轉運蛋白、受體和對PD多巴胺加工至關(guān)重要的酶之間的相互作用。

家族性LRRK2PD患者可以使用LRRK2抑制劑治療，制藥公司已于今年早些時(shí)候開(kāi)始臨床試驗 (ID：NCT03710707）。相反，特定的藥物治療方案會(huì )增加特定基因型的風(fēng)險。多巴胺活性轉運蛋白1基因 (?DAT1?) 多態(tài)性的那些人，該基因參與化學(xué)突觸中多巴胺的再攝取，當用左旋多巴治療時(shí)，發(fā)生運動(dòng)障礙的可能性增加2.5倍，同時(shí)顯示DAT1的不同點(diǎn)突變增加使用多巴胺能藥物治療時(shí)出現幻覺(jué)的風(fēng)險。遺傳因素也受治療性別的影響。多巴胺受體D2 (DRD2) 是一種多巴胺能受體亞型，多態(tài)性可保護左旋多巴誘導的男性運動(dòng)障礙，但對女性沒(méi)有保護作用。

遺傳差異也可能受到表觀(guān)遺傳因素的影響。將來(lái)，臨床醫生還可以根據個(gè)體的生理進(jìn)展而不是癥狀的嚴重程度來(lái)個(gè)性化治療方式。研究人員正在開(kāi)發(fā)α-突觸核蛋白示蹤劑以檢查體內α-突觸核蛋白形成的定位和嚴重程度，但是，目前尚無(wú)此技術(shù)。雖然基于特定亞型的個(gè)性化醫療的實(shí)施為患者帶來(lái)了許多好處，但由于 PD的進(jìn)展性和動(dòng)態(tài)性，治療方式可能需要不斷修改。

最終，PD的個(gè)性化治療體現了年齡、生活方式、基因型、性格和其他并發(fā)疾病的整體跨度。這種策略相對較新，理想情況下取決于多學(xué)科團隊，以確保在執行給定的治療計劃之前考慮所有患者的特定需求。

五、多能干細胞

hESC和iPSC都具有獨特的品質(zhì)，這使它們成為研究PD發(fā)展的理想候選者?？梢远ㄖ聘杉毎苑只啥喾N細胞命運，包括在細胞水平上模擬PD的SNpc的DAn。誘導干細胞也是患者特異性的，為表型相似狀態(tài)下的 PD突變和多態(tài)性風(fēng)險因素的個(gè)體貢獻打開(kāi)了一扇窗。DAn壽命也可以與其他iPSC神經(jīng)元（如皮質(zhì)和嗅覺(jué)神經(jīng)元）進(jìn)行比較，以探測SNpc中DAns的超敏反應。此外，TALEN、CRIPSR和其他基因重編程技術(shù)的出現已應用于iPSC患者系并得到廣泛審查。然后可以檢查校正后的突變系。獲得高比例的功能齊全、成熟的腹側中腦DAn可能非常具有挑戰性，而且擴大規模成本高昂。iPSC治療的技術(shù)障礙和倫理障礙可能會(huì )限制移植重編程干細胞的可行性，但PD治療的這種機會(huì )是前所未有的。

首個(gè)從iPSC來(lái)源移植DAns的人體臨床試驗于今年在日本開(kāi)始（ID：UMIN000033564）。

六、誘導多能干細胞作為帕金森病的細胞療法

iPSC的有效性也已作為實(shí)現這種疾病改變治療的方法進(jìn)行了檢驗。干細胞已被用于許多涉及神經(jīng)損傷的試驗中。第一次發(fā)生在2010年，一項使用hESC治療脊髓損傷 (SCI) 的臨床試驗。

從那時(shí)起，干細胞衍生產(chǎn)品已用于其他動(dòng)物和人體試驗，用于治療神經(jīng)疾病，范圍從年齡相關(guān)性黃斑變性 (AMD) 的陽(yáng)性結果到AD的不良結果。這些試驗產(chǎn)生了好壞參半的結果——在某些情況下，由于細胞和大體解剖差異，突出了模型生物體在預測人類(lèi)神經(jīng)變性治療療效方面的局限性。

由于相對局部的神經(jīng)變性，PD也是細胞療法的良好候選者。1987年，腹側中腦的胎兒組織被植入PD患者體內，試驗結果顯示，在某些情況下，即使在植入后20年，細胞仍能存活和DAn功能。如上所述，每位患者采集4-10個(gè)胚胎的倫理學(xué)和保存后細胞存活的局限性阻礙了胎兒細胞移植作為全國范圍內可行的細胞治療形式。

hESC也被用于2017年的中國PD試驗，但在沒(méi)有確鑿數據的情況下推測其有效性還為時(shí)過(guò)早。盡管hESC植入可能會(huì )產(chǎn)生有希望的結果，但必須使用強免疫抑制劑來(lái)確保移植物被接受。所有重編程細胞移植的安全性至關(guān)重要。在進(jìn)行移植試驗時(shí)，必須采取預防措施以防止感染、移植物引起的運動(dòng)障礙和腫瘤發(fā)生。盡管細胞移植總是會(huì )帶來(lái)一些風(fēng)險，但iPSC的優(yōu)勢為PD的細胞治療提供了一個(gè)可行的未來(lái)。這些相關(guān)的基于細胞的療法的歷史可以在圖2。

從1987年開(kāi)始，胎兒腹側中腦 (VM) 組織被用作第一個(gè)使用細胞治療PD的臨床試驗的細胞來(lái)源。近年來(lái)，人類(lèi)胚胎干細胞 (hESC) 被用于許多涉及神經(jīng)變性的臨床試驗。hESCs的使用在脊髓損傷 (SCI)、年齡相關(guān)性黃斑變性 (AMD) 以及心臟細胞損傷方面顯示出特殊的前景。2018年夏天，臨床醫生開(kāi)始進(jìn)行首次使用誘導多能干細胞 (iPSC) 作為細胞來(lái)源治療PD的人體試驗。該試驗將在兩年內跟蹤7名患者。這些試驗的結果在文中有詳細說(shuō)明。

第一個(gè)優(yōu)勢是可以在不犧牲人類(lèi)胚胎的情況下建立iPSC細胞系，消除了人類(lèi)干細胞治療的一大倫理障礙。iPSC 還允許在患者特異性治療中匹配人類(lèi)白細胞抗原 (HLA)，從而有效降低術(shù)后免疫抑制劑的嚴重程度。在靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物研究中，組織相容性還顯示淋巴細胞和小膠質(zhì)細胞的免疫反應降低，以及在DAns的iPSC移植中細胞存活率增加。iPS去分化和重編程可能耗時(shí)較長(cháng)，給患者帶來(lái)高成本負擔，但減少免疫排斥反應和通用供體系可在擴大規模時(shí)顯著(zhù)降低成本?；颊咛禺愋詉PSC移植所需的步驟概述于圖3。

在日本，研究人員估計，通過(guò)匹配三個(gè)HLA基因座（A、B和DR），來(lái)自HLA純合子供體的50個(gè)iPS細胞系將??覆蓋73%的日本人口。靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物研究已經(jīng)證明，在將人類(lèi)iPSC移植到PD的非人類(lèi)靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型中兩年后，情況有了顯著(zhù)改善。這些移植到非人類(lèi)靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物中的人類(lèi)iPSC起到了中腦DAns的作用，并改善了得分運動(dòng)。同樣，在非人類(lèi)靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型中對iPSC移植物進(jìn)行的尸檢分析顯示，其生長(cháng)、增殖和整合到現有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中的能力很強。靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物移植也已通過(guò)臨床級人類(lèi)ESC實(shí)現，并且未顯示明顯的腫瘤形成，以及顯著(zhù)的運動(dòng)恢復。然而，在不久的將來(lái)，將確定用iPSC移植物治療人類(lèi)PD的臨床療效。

首先，成纖維細胞是從患有家族性PD的患者身上獲得的。研究人員表達主要的重編程轉錄因子以建立突變的iPSC細胞系。使用ZNF/TALEN或CRISPR/Cas9技術(shù)，糾正顯著(zhù)突變，然后在無(wú)異源條件下將細胞系分化為成熟或祖細胞DA神經(jīng)元。經(jīng)過(guò)充分的質(zhì)量保證后，分化的細胞即可用于臨床試驗。

靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物和人類(lèi)研究之間的主要區別將是實(shí)際PD患者的治療，而不是化學(xué)誘導的靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型。由 Takahashi 領(lǐng)導的團隊宣布了第一個(gè)iPSC生成的DAn移植治療PD的人體臨床試驗。

該試驗于2018年8月1日在京都大學(xué)醫院開(kāi)始。細胞將來(lái)自具有匹配HLA位點(diǎn)的第三方供體，以確保遺傳完整性并消除患者的遺傳干擾。在大鼠模型中進(jìn)行了額外的測試以確認療效。然而，由于該試驗的探索性，患者仍將接受免疫抑制劑治療。大約500萬(wàn)個(gè)細胞將通過(guò)顱骨上的兩個(gè)鉆孔注入SNpc。已選擇7名中度PD患者進(jìn)行試驗，這些患者在神經(jīng)變性早期接受細胞治療，但也存在更大的實(shí)驗風(fēng)險，將接受兩年隨訪(fǎng)。臨床醫生將監測疾病的進(jìn)展，以及SNpc中多巴胺過(guò)多會(huì )導致不自主運動(dòng)的其他副作用。雖然圍繞iPSC和基因工程的許多問(wèn)題和倫理問(wèn)題仍然存在，但PD的未來(lái)看起來(lái)很有希望。然而，iPSC治療PD可能不會(huì )完全恢復功能，應在其他治療方案的背景下進(jìn)行檢查。

八、結論

即使是SNpc中7800個(gè)DAns的一小群丟失也可能導致PD患者嚴重虛弱。盡管細胞死亡可能由多種假設機制引起，但最終神經(jīng)元存活對于正常的運動(dòng)和認知功能是不可或缺的。由于目前沒(méi)有從嚴重細胞死亡中恢復的療法，iPSC提供了一種可能恢復無(wú)病狀態(tài)的替代途徑。相反，不易患PD的患者特異性細胞可能會(huì )被移植回SNpc，恢復功能的雄心終于觸手可及。程序性細胞死亡并不只影響PD患者。然而，與其他形式的神經(jīng)變性相比，iPSC療法更適合PD，因為PD神經(jīng)元死亡相對局限。

因此，細胞療法可以，比對抗更彌漫和更廣泛的退化（例如ALS或AD）所需的目標和侵入性更小。正如之前在動(dòng)物和靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型中所顯示的那樣，患者特異性細胞療法與個(gè)性化藥物遺傳學(xué)相結合，可能為減輕人類(lèi)帕金森病嚴重的神經(jīng)退行性變提供了途徑。

參考資料：Stoddard-Bennett T, Reijo Pera R. Treatment of Parkinson’s Disease through Personalized Medicine and Induced Pluripotent Stem Cells. Cells. 2019 Jan 7;8(1):26. doi: 10.3390/cells8010026. PMID: 30621042; PMCID: PMC6357081.

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