帕金森病真的要被治愈了?这项重磅研究被NEJM公布

2020
05/21

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溪子 / 医学界神经病学频道
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具有开创性意义的研究。

帕金森病(PD)是老年人中常见的神经退行性疾病,该病无法治愈,且并发症、合并症多,给患者及家属常带来巨大的生活、经济和心理负担。

随着人口老龄化的进程,我国帕金森患者也逐年增长。目前的治疗主要集中于使用多巴胺能药物有效控制症状,但不能从根本上解决问题,而且,从长远来看,药物治疗的益处是有限的。

多年来,人们对细胞移植一直很感兴趣,认为干细胞治疗能够恢复多巴胺能神经元的数量和生理功能,理论上可以治疗由于多巴胺缺乏引起的帕金森病症状,也没有多巴胺能药物引起的运动和神经精神不良反应。

首次用新型脑细胞移植治疗帕金森病

近期,一项秘密实验被公布:神经外科医生将新型神经细胞移植到帕金森病患者脑内,这种新型神经细胞是由该男子自己的皮肤细胞在实验室中诱导成干细胞,干细胞分化形成的,这些移植的新型神经细胞可以分泌出多巴胺,来改善帕金森病症状。

图1 从成人皮肤细胞中产生的干细胞(左)在实验室培养皿中培养,转化为多巴胺神经元(右)

这种技术也称为帕金森病的个性化诱导性多能干细胞(ipsc)疗法,世界仅此一例。

其实从20世纪80年代以来,人们就开始研究帕金森病的干细胞疗法,来恢复致密部黑质多巴胺能神经元功能,细胞主要来源于异种肾上腺髓质或胎儿中脑组织等。这些来源的细胞存在着伦理与排斥的问题。

移植胎儿脑组织,一次移植可能需要16个胎儿脑组织,有悖伦理且效果差;异种肾上腺髓质需要克服身体的排斥反应,需要强大的免疫抑制来解这一问题,效果也是不尽人如意。

而这项移植实验的神奇的地方在于规避了上述两项主要的副作用。

既往在人源化小鼠模型(包括外周血单核细胞)中进行的试验表明,这些新型脑细胞缺乏免疫原性。所以新型脑细胞被植入到帕金森病患者的大脑中(左半球和右半球,间隔6个月)后不需要免疫抑制。

图2 人源化小鼠中脑多巴胺能祖细胞(mDAP)的免疫原性

这是第一次将这种“重新编程”的细胞用于治疗退化性大脑疾病,具有开创性意义。5月14日,《新英格兰医学杂志》(NEJM)也报告了该研究。

移植后的效果如何呢?

这名帕金森患者名叫George Lopez,他曾是一名医生。2013年,他因为药物产生耐受性,病情开始加重,出现颤抖加重、行走能力下降等症状,情况非常糟糕,他觉得自己大限将至。

George Lopez接受植入手术后的第1、3、6、9、12个月及之后的每6个月,都会进行神经学检查并评估帕金森病特异性措施的疗效(图3)。评估包括国际运动障碍学会统一帕金森病评定量表MDS-UPDRS第三部分(评分范围从0到132分,较高的评分表明帕金森运动症状较差),和39项帕金森病问卷(PDQ-39;得分范围从0到156,分数越高表明生活质量越差)。

图3 帕金森病相关运动功能和生活质量的初步临床评估

注:6个月时的虚线表示第二次植入的时间。

在第一次植入(左侧)后24个月和第二次植入(右侧)后18个月,患者报告没有不良事件或功能下降。

在第一次植入后3个月, PET-CT成像显示,壳核内6-18F-氟-L-多巴(18F-DOPA)(评估黑质部位神经元细胞合成多巴胺的能力)摄取较基线开始下降,随后在右侧大脑(移植后18个月)和左侧大脑(移植后24个月)都有小幅上升(图4A),在靠近移植物位点的后壳核最显著。

从颜色强度表和所选分区的数量比较中可以看出(图4A),右侧(第二次植入)的活性增加大于左侧,这可能与第二次植入的手术效率提高有关,包括从获取细胞到植入的时间缩短。

图4 成像

植入后6个月的MRI和之后随访的检查都显示,手术区域附近的T2加权信号强度增加更为显著(图4B),在白质最为显著。

总而言之,ipsc来源的移植物均成功移植至目的部位。18F-DOPA PET信号在后壳核移植部位及附近较为显著,从而改善帕金森病的典型症状。

这项“神奇”研究的诞生过程

George Lopez弃医从商后,积累了一笔财富,机缘巧合之下,他出资200万美元给麦克莱恩医院 (McLean Hospital) 生物学家Kwang-Soo Kim实验室。

图5 George Lopez,他的200万美元支票资助了早期实验

而这种新型脑细胞的产生就出自于Kwang-Soo Kim实验室。

图6 Kwang-Soo Kim

2009年,他发表了一篇广受赞誉的论文,描述了如何安全地将成人成纤维细胞(皮肤中的结缔组织细胞)转化为ipsc。这种ipsc几乎像胚胎细胞一样,能够分化为肌肉、心脏、肝脏、大脑等各种组织,但仅限于理论突破。

直到2012年,日本东京大学干细胞生物学教授中内启光实验室,利用一种标准的实验室病毒将四种“重新编程的基因”导入成纤维细胞,让未成熟的细胞能够发育成体内所有类型的细胞。中内启光因此获得了诺贝尔奖。

Kwang-Soo Kim也在中内启光的研究中受到启发,取得了重大进展。

当时,一些科学家担心“重新编程的基因”可能会落在细胞染色体的错误位置,无意中灭活肿瘤抑制基因,或激活致癌基因。

Kwang-Soo Kim较为认可这一推论,那这些细胞被用于治疗将是一场灾难。

经过多年的反复试验,Kwang-Soo Kim已经在大肠杆菌中生产出4个Yamanaka因子,并将它们纯化附着在一个小分子上(一种肽,可以穿过细胞壁),推动多能干细胞转化为功能性神经元。

尽管这个方法受到了其他的干细胞专家质疑,但Kwang-Soo Kim还是坚持了下来。

当Kwang-Soo Kim准备扩大ipsc生产时,他的实验室可以使大肠杆菌只生产4种Yamanaka因子中的2种,他需要一个更具规模实验室和强大的技术团队来支撑,可惜的是,他的经费被美国政府削减了。

就在这时,George Lopez资助了Kwang-Soo Kim。

Kwang-Soo Kim聘请了更多帮手,加快了他的实验速度。Kwang-Soo Kim和他的团队一个接一个地解决了阻碍他ipsc配方扩大的障碍。至关重要的是,他们让ipsc转化为中脑多巴胺神经元更简单。

Kwang-Soo Kim非常希望这些神经元能够治愈帕金森病。

消灭多余的未分化的细胞

因为剩余的ipsc可以为肿瘤提供种子,所以移植给患者的脑细胞不能存在ipsc,也就是要将ipsc百分百转化为脑细胞。

但Kwang-Soo Kim发现,即使ipsc在分化两到三周后,仍有未分化的细胞,这是致命问题。

他和同事们仔细研究了一个化合物数据库,发现槲皮素(黄酮醇类化合物)会完全去除ipsc。

解决这个问题后,他们生产出来的新型脑细胞能够移植给患者了。

一切似乎都已准备就绪,但还有最后一个障碍

马萨诸塞州总医院(MGH)外科医生Jeffrey Schweitze(准备这次手术的医生)从既往胎儿细胞移植失败中吸取了教训,对设备进行了改善。

Jeffrey Schweitzer说道:“现有的设备无法把细胞传送到大脑,需要一根“针”把细胞送到一个精确的位置,并且避免挤压它们。因为既往试验表明,超过90%的细胞在移植后不久就死亡了,可能是因为针头把细胞像一个大球一样扎进大脑,这使得细胞无法获得氧气或营养。”

因此,Jeffrey Schweitzer开发了一种电动注射器,这种注射器“可以防止针头底部的细胞被喷出来”,而且“在抽出针头的同时”将它们沉淀下来。

但还有一个问题,将针头插入患者颅骨的设备与MGH的成像设备不兼容。最终,Jeffrey Schweitze在前同事的帮助下在康奈尔大学得到了必要的硬件设备。

研究经过食品药品监督管理局(FDA)批准(一项只有一名患者参与的实验)及监管指导下,手术于2018年开始。

经历四个小时的手术,George Lopez还没有躺回医院的病床,就感到自己的肌肉在增强,颤抖消失了,甚至要和前来检查他的外科医生扳手腕。

George Lopez告诉他的私人助理,他想离开医院出去走走。George Lopez在他的儿子和助手在万里无云的天空下,沿着百老汇大街走了两英里,来到时代广场。

而这一切仅发生在George Lopez手术后的几个小时。

需要更严格的临床试验来证明这项研究有效

手术一年后,当George Lopez和他的医生们回忆起这段传奇故事时,医生不否认George Lopez在接受细胞移植后感觉和行动能力都有所改善,但这并不能证明移植有效。

George Lopez手术后的多巴胺水平偏高,让他有恢复如初的感觉,但这种感觉只持续了两天,就回到了基线水平,之后没有恶化,但也没有好转。但不管如何,也算阻止了George Lopez病情恶化及稳定了他的情绪。

现任马萨诸塞州总医院神经外科主任的Carter说道:“我们以前见过这种‘我感觉好多了’的患者,但多巴胺神经元祖细胞需要更长的时间才能与现有的神经元形成突触,从而开始恢复失去的运动功能。”

研究人员也强调,从目前来说,移植最多只能显示出适度的效果,因为George Lopez仍然服用与以前一样多的帕金森药物。还需要更多时间来证明移植是否有效,以及更严格的临床试验来证明这项疗法是否有效。

同时,因为George Lopez在这项研究上花了很多钱,他对这项的期望很高,可能反映了安慰剂效应。

不管如何,George Lopez认为移植给了他另一次生命的机会,如果没有植入细胞,他觉得他已经死了。

2018年9月,George Lopez也可以系鞋带了(之前系不上),还能进行自由潜水(这需要力量和姿势控制)......

本文审核专家


邹良玉教授

医学界神经病学兼职主编

邹良玉教授博士毕业于香港大学医学院,博士后毕业于哈佛大学医学院,现任深圳市人民医院神经内科,主任医师,副主任;暨南大学博士研究生导师。

担任国家自然科学基金项目主持者,评审专家;中国卒中学会青年委员;中华预防医学会卒中预防与控制专业委员会青年委员会委员;广东省卒中学会卒中后认知障碍分会副主任委员;广东省健康管理学会脑血管病防治与健康促进专业委员会副主任委员;广东省卒中学会委员;广东省医学会神经病学分会委员,痴呆学组组员;广东省医师协会会神经病学分会委员;深圳市医师协会神经病学分会痴呆与认知障碍学组组长。

参考来源:

1.N Engl J Med 2020;382:1926-1932 DOI:10.1056 / NEJMoa1915872.

2.https://www.statnews.com/2020/05/12/medical-first-parkinsons-brain-cell-transplant-stem-cells/

3.https://www.statnews.com/2020/05/14/ethics-questions-swirl-around-historic-parkinsons-experiment/

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关键词:
帕金森病,新型脑细胞,治疗

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