为什么说干细胞在帕金森病治疗中的具有临床应用价值?

帕金森的发生是由于多巴胺耗竭、黑质 (SN) 中神经元的丢失以及其他大脑区域的路易体积聚。PD患者在运动能力下降时会出现运动迟缓、僵硬、休息时震颤和步态不稳。深部脑刺激或通过运用DA前体（左旋多巴）来增加DA水平的疗法是目前可用于PD的治疗选择。然而，L-DOPA治疗对PD的进展影响不大，其疗效随着疾病的进展而降低。同时，也可能出现运动障碍等不良症状。体外研究表明，干细胞可以分化为DAn并加速受损DAn的恢复。

干细胞可按其来源分类：造血干细胞、神经干细胞、上皮干细胞、皮肤干细胞、间充质干细胞（MSCs）、胚胎干细胞（ESCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）和神经干细胞。干细胞 (NSC) 。MSCs可以来源于不同的来源，包括成人骨髓、脂肪组织、外周血和各种新生儿出生相关组织，也可以在体外诱导分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和其他细胞类型。

间充质干细胞是多能非造血细胞，与其他细胞相比具有某些优势。间充质干细胞具有最小的免疫原性，没有畸胎瘤的风险，也没有伦理问题。另一个优势是它们在个体化治疗方面的潜力，因为间充质干细胞可以从相同的患者身上获得，而不会引发免疫反应。此外，间充质干细胞移植到人类或动物体内后发生肿瘤的风险较低。

然而，最近的研究表明，间充质干细胞的旁分泌作用是由细胞外囊泡 (EVs) 的形成和释放介导的。外泌体是EV的一种亚型，大小范围为30至150nm，由所有活生物体细胞分泌。间充质干细胞及其外泌体已在世界各地的多项临床研究中用于治疗多种疾病，例如骨骼和软骨病变、糖尿病、心血管疾病、免疫相关和神经系统问题，以及肺部疾病、肾脏和肝脏。

在本文中，我们将重点关注间充质干细胞及其外泌体在治疗帕金森病中的治疗潜力。

帕金森的发病原理

PD是一种退行性疾病，影响0.3%的人口并导致运动功能进行性损害。错误折叠的蛋白质，如α-突触核蛋白，作为一种可能的病理因子，在大脑中异常积聚，导致路易体痴呆、PD痴呆、多系统萎缩和PD。

目前，传染性病原体、杀虫剂 、重金属和农村生活已被认为是PD的危险因素。

尽管帕金森病的环境风险因素引起了很多关注，但遗传变量在确定患病可能性方面的作用正变得越来越广泛。尽管家族性PD占所有病例的不到10%，但多个基因的鉴定导致早发性PD提供了有关可能的病理途径的重要信息。许多其他基因与帕金森病表型有关。然而，神经系统测试经常显示其他体征，例如共济失调、肌张力障碍或痴呆。

PD的发病机制受细胞代谢和蛋白质清除的影响。蓝斑中去甲肾上腺素能神经元的退化可能与抑郁症和痴呆症有关。中缝和暗缝中5-羟色胺能神经元的退化也可能导致抑郁症。

间充质干细胞对帕金森病的调节作用

最近，在PD患者的大脑和该疾病的动物模型中发现了自噬系统的失调，这表明自噬在PD中具有潜在的作用。在PD模型中，MSCs已被证明可以改善a-syn清除并调节自噬溶酶体活性。

根据多项研究，MSCs在响应特定的趋化募集并释放大量生长和免疫调节因子后，表现出免疫调节作用，因此它们可以减轻炎症并改善组织愈合。因此，间充质干细胞的细胞疗法已被用于调节炎症和适应组织再生，以治疗许多神经炎症和神经退行性疾病，例如帕金森病。

间充质干细胞也被认为具有免疫调节作用，因为它们可能在免疫系统不活跃时诱发炎症，而在免疫系统过度活跃时抑制炎症。这个过程通常被称为免疫系统的“传感器和开关”。在癫痫和PD动物模型中，MSC治疗增加了抗炎细胞因子水平，如转化生长因子-β1 (TGF-β1)、前列腺素E2 (PGE2)、肝细胞生长因子 (HGF)、吲哚胺2,3双加氧酶 (IDO)、一氧化氮（NO）、白细胞介素4（IL-4）和白细胞介素10（IL-10），同时降低促炎细胞因子水平（如白细胞介素6（IL-6）、白细胞介素1β（IL-1β）、脑和血液中的肿瘤坏死因子-α (TNF-α)) 。与这些发现一致，有人提出TNF通过增加TNF-α刺激的基因/蛋白6 (TSG-6) 的表达来有效限制小胶质细胞活化，从而促进MSCs的免疫抑制能力。

另一方面，一些治疗效果似乎依赖于MSC释放的神经营养因子（胶质细胞源性神经营养因子 (GDNF)、神经生长因子 (NGF)、脑源性神经营养因子 (BDNF)），这些因子可以抑制DA神经元凋亡并通过分泌促血管生成和有丝分裂因子如血管内皮生长因子 (VEGF) 和成纤维细胞生长因子2 (FGF2) 来增强神经发生。间充质干细胞治疗帕金森的临床试验

骨髓来源的间充质干细胞：在2010年Venkataramana进行的一项前瞻性、不受控制的试点研究中，自体BMSCs被移植到7名严重PD患者的SVZ。选择这个大脑区域是因为它拥有最多数量的参与神经发生的NSC。统一 PD评定量表 (UPDRS)、Schwab和England (S&E) 以及Hoehn和Yahr (H&Y) 量表用于评估10-36个月期间的临床情况。据报道，面部表情、步态和冻结期等症状在主观上也有所改善。此外，在两种情况下，L-DOPA剂量显著降低。尽管具体机制尚不清楚，但该实验已经验证了该程序的安全性，因为在监测期完成之前，没有患者出现临床恶化。此外，脑磁共振成像没有异常的实质改变。

2010年，在最近对53名PD患者进行的试验中，将已分化为多巴胺能细胞的修饰MSC直接插入供应黑质的股动脉。研究结果表明，动脉内自体骨髓间充质干细胞移植是一种安全有效的治疗方法，消除了肿瘤发生和免疫反应的风险。使用这种方法治疗的患者均未出现严重的不良并发症这一事实支持了这一点，并且正如研究表明的那样，所有参与者都能够在接受MSC输注后的第二天离开医院。

在Canesi等人的另一项初步研究中，五名患有进行性核上性麻痹（一种罕见且严重的帕金森病形式）的患者通过脑动脉给药获得了骨髓来源的MSCs。所有接受治疗的患者在细胞输注后都存活了一年，除了一名患者在9个月后死于与细胞给药或疾病进展无关的原因（意外跌倒）。在一年的随访期间，所有接受治疗的个体的运动功能评估量表至少保持稳定六个月。

2021年末，Schiess等人证实了20名轻度至中度PD受试者静脉注射骨髓来源的间充质干细胞的安全性和耐受性，这些受试者在一年的随访间隔结束时UPDRS评分降低。

人脐带来源的间充质干细胞：自从2010年的Venkataramana以来，已经进行了几项其他调查，以使用上述量表确认MSC治疗对PD的疗效。2011年邱等人对8名PD患者进行了人脐带来源的MSC (hUC-MSC) 移植，观察到移植后一个月内UPDRS的临床改善。

三年后的2014年，Wang等人将15名PD（H&Y分期：3 –5）患者纳入hUC-MSC移植的实验计划，表明干预后一个月内UPDRS显著下降。2016年，一项在5例PD病例中进行同种异体移植hUC-MSCs静脉移植的有限试验报告了类似的结果，根据UPDRS，这导致5名患者中有3名在三个月内降低了疾病严重程度。

最近，在2020年，Boika等人探讨了自体MSC移植对12名PD患者的疗效。移植后一到三个月评估治疗的有效性。UPDRS用于确定运动症状的严重程度。在移植后期间，他们发现研究参与者的运动和非运动主诉的严重程度在统计学上显著降低。

脂肪组织来源的间充质干细胞：最近，在2022年初，Shigematsu等人用5-6次重复输注自体脂肪组织衍生的MSC治疗了3名PD患者，这表明所有三名受试者的UPDRS都有显著的临床改善。

间充质干细胞治疗帕金森的临床试验总结见表2.

外泌体；充当间充质干细胞的旁分泌介质

外泌体的定义：外泌体是源自内体复合物的EVs。EV根据其大小、货物和来源分为三类：外泌体、微泡和凋亡小体。在EV中，外泌体是最小的一类；它们的大小为30到150nm，可以通过离心从所有体液中提取，例如母乳、血液、尿液、羊水和滑液、腹水和胸腔积液。

外泌体核酸：如前所述，miRNA等核酸构成了外泌体的重要组成部分。包括PD在内的几种疾病已被证明与基因表达的改变有关，特别是在miRNA阶段。由外泌体产生的miRNA也已被鉴定为可能的诊断标志物和靶向治疗剂（图1）。

图1：(1) 使用多种技术将外泌体从细胞培养物和体液中分离出来。(2) 根据荧光激活细胞分选，它们含有一系列Rab蛋白、四跨膜蛋白、热休克蛋白、细胞间粘附分子 (ICAM-1)、内体相关蛋白 (TSG101) 以及mRNA和mRNA等核酸(FACS)、质谱分析和蛋白质印迹

外泌体在帕金森病中的优势

目前还没有准确的PD诊断方法。外泌体在PD中发挥两个作用：诊断标志物和治疗剂。

最近，尿液中富含亮氨酸的重复激酶2 (LRRK2) 突变升高与特发性PD和认知障碍的强度有关。另一项研究表明，PD患者的L1细胞粘附分子 (L1-CAM) 浓度要高得多，并且它与脑脊液 (CSF) 中的α-突触核蛋白水平和tau浓度有关。PD外泌体中mRNA和miRNA的表达模式可作为疾病的诊断方法。

在治疗方面，已发现DPSC产生的外泌体可预防PD模型中80%的多巴胺神经元死亡。此外，最近对PD模型的一项研究表明，MSC产生的外泌体可以以转录活性模式保留人脑微血管内皮细胞 (HBMEC)，这可能有利于血管生成。

总之，外泌体在治疗PD中的应用仍处于起步阶段，但它们主要应用于诊断。尽管目前没有可靠的基于外泌体的诊断工具可用于PD。

间充质干细胞相对于其他干细胞系治疗帕金森病的优势

帕金森是一种毁灭性的神经系统疾病，影响着全世界数百万人；然而，导致它的分子和细胞途径仍然未知。尽管帕金森病研究有所改进，但目前的药物选择可以改善帕金森患者的生活质量，但不能阻止帕金森病进展或提高多巴胺能神经元的活力。由于它们在体内模型中促进多巴胺能神经元活力、刺激神经发生、减少神经炎症和增强功能恢复的能力，最近提出用间充质干细胞及其衍生的外泌体进行细胞治疗作为多种神经退行性疾病的有效治疗方法，包括帕金森病。

无论如何，涉及间充质干细胞和帕金森病的研究表明，这些细胞有可能在未来几年用作标准治疗方法。间充质干细胞分化成不同类型神经元的能力表明，间充质干细胞不仅可以替换基底核和黑质纹状体通路中的受损细胞，还可以替换实质的其他部分，其降解导致帕金森病的认知和行为症状。然而，这并不是间充质干细胞的唯一优势。

事实上，这些细胞在免疫原性方面是惰性的，因为它们的后代不包括免疫细胞，这与造血干细胞 (HSC) 不同。除此之外，当免疫细胞需要时，MSCs可以被安全地抑制，这种能力可以在很大程度上减少它们的潜在危害。由于它们的谱系，MSCs也被证明可以促进其他干细胞的植入，这表明它们是非常好的管家。这些细胞可以在初始状态下长时间维持而不发生转化，这一事实进一步证实了这一点。

此外，间充质干细胞通过释放广泛的分泌组（包括细胞外囊泡，尤其是参与细胞间信号转导的含有miRNA的外泌体）对其周围环境带来有益的改变，这已被发现在缺血性中风的情况下具有神经恢复作用。通过分泌这些外泌体，MSCs促进细胞增殖和血管生成，同时抑制细胞凋亡，所有这些在退行性疾病如帕金森中具有很高的治疗价值。

结论

干细胞移植具有治疗帕金森病的潜能，诸多案例显示间充质干细胞移植治疗具有可行性和安全性，甚至能阻断病情的进展，改善临床病症。这一案例的报道无疑为广大帕金森病患者带来了希望。近年来，越来越多的研究证实，包括间充质干细胞及分泌的外泌体在帕金森方面具有临床应用前景，由此可见，干细胞治疗帕金森前景十分可期。

参考资料：