世界渐冻症人日丨干细胞疗法在治疗渐冻症中的安全性探究

自从1997年起，每年的6月21日就是“渐冻人”协会国际联盟选定的“世界渐冻人日”。每年这个时候都会举行活动，帮助社会公众认识运动神经系统相关疾病，旨在引起民众对这种疾病的认识与关注。

什么是肌萎缩侧索硬化症（渐冻症）：肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 是一种快速进展的神经退行性疾病，其特征是上下运动神经元 (MN) 的丧失。细胞死亡和功能缺陷的机制以及潜在的治疗方法是复杂多样的。

渐冻症发病原因：尽管尚未明确散发性ALS的病因，但这种疾病通常被认为是由环境、生活方式、衰老和遗传易感性等因素引起的。几种提出的疾病病理机制包括蛋白质错误折叠和聚集、谷氨酸兴奋性毒性、氧化应激、线粒体功能障碍、神经胶质细胞活化和相关炎症过程以及轴突运输缺陷。

目前，美国食品和药物管理局批准的唯一可用治疗方法是利鲁唑，它已被证明可将患者的中位生存期提高约3个月。一种更显著减缓疾病进展和改善生活质量的ALS治疗将极大地改变这种疾病患者的预后。

由于影响不大，部分原因是对神经肌肉系统副作用的轻微关注，开发新的有效疗法具有高度优先性，各种替代疗法正处于开发和临床试验的不同阶段。这些疗法包括抗谷氨酸、抗氧化剂、线粒体和抗炎剂。还探索了基因疗法以提供支持性营养因子。

由于传统的医疗手段无法治愈渐冻症，研究者正在不断寻找新的有效疗法，而通过干细胞移植来延缓、阻止甚至逆转渐冻症的进展也成为了医学研究的热点之一。

干细胞疗法：细胞疗法是ALS治疗的一个有希望的候选者，这主要是因为选择性MN死亡和各种提出的表征该疾病的退化机制。干细胞治疗神经退行性疾病的主要目的是细胞替代、神经保护或两者的结合。由于中枢神经系统 (CNS) 的解剖和功能复杂性，直接细胞替代可能具有挑战性，而神经保护可能是更可行的短期目标。

间充质干细胞与渐冻症：间充质干细胞的治疗可塑性与渐冻症的复杂特征非常匹配，间充质干细胞不仅因其细胞替代能力而受到认可，而且因其通过分泌支持因子和调节免疫反应来响应宿主需求的能力而得到认可。间充质干细胞的免疫调节能力、效力、稳定性以及易于收获和扩增使其成为渐冻症细胞治疗的有吸引力的候选者。

截至2022年6月22日，在ClinicalTrials.gov上登记的干细胞治疗渐冻症的临床研究数量已经有46项。

图源：https://clinicaltrials.gov/ct2/home截图

干细胞疗法治疗渐冻症的三大作用机制

尽管多项研究表明，间充质干细胞移植可改善疾病指标，但产生有益结果的确切机制尚不完全清楚。

间充质干细胞在渐冻症治疗中可以发挥的作用是多方面的。已经尝试或观察到几种修复和支持机制，包括细胞替代、营养因子或基因传递和免疫调节，有时是串联的。这些处理机制如图1所示。

图1:干细胞移植治疗渐冻症的机制

(A)在健康患者中，运动神经元的活力在健康星形胶质细胞和少突胶质细胞的支持下得以维持。

(B)在家族性ALS中，内在和外在因素导致运动神经元退化。这些因素尚不清楚，仍在调查中。

(C)间充质干细胞非常适合治疗这种复杂疾病，因为它们具有广泛的潜在治疗反应，包括直接细胞替代、营养因子递送和免疫调节。

间充质干细胞治疗渐冻症的优势

细胞更换

特别是对于ALS，细胞替代疗法有望实现两个潜在目标中的一个或两个。第一种是直接用新的功能性MN替换退化的MN。二是提供支持性神经胶质细胞来保护和支持MN。细胞替代旨在提供能够存活的细胞来源，成为受疾病影响区域的家园，分化成预期的细胞类型，并整合到周围的神经回路中。

营养因子传递

间充质干细胞在改善渐冻症预后方面的有效性可能部分归因于它们分泌的神经营养因子，这些因子在正常神经功能，特别是神经修复中发挥着多种作用。营养/生长因子是神经细胞维持、功能、分化和增殖所必需的蛋白质。补充诸如胶质细胞系衍生的神经营养因子 (GDNF)、VEGF、睫状神经营养因子和IGF-1等因子作为ALS的可能治疗方法是可行的。

免疫调节

炎症和免疫反应可能在渐冻症的病理进展中起重要作用。在症状出现之前和整个疾病期间都观察到CNS外部和内部免疫细胞的形态、数量和作用的变化。小胶质细胞是中枢神经系统的免疫细胞，可能在ALS中发挥保护和毒性作用。

目前使用间充质干细胞疗法治疗渐冻症的临床试验

已经有几项用hMSCs治疗渐冻症的早期临床试验。骨髓细胞 (BMC) 可能由间充质和造血干细胞类型组成，也已被研究用于渐冻症的细胞治疗。这些研究的主要目的是确定治疗剂和递送方法的安全性。

在所有这些研究中，自体间充质干细胞或骨髓间充质干细胞从患者中分离出来，表征并用作治疗。其中五项研究已在椎管内递送细胞，未发现与植入程序相关的重大安全问题。

如2017年在以色列开展了一项临床试验，研究人员通过肌肉和鞘内联合移植将间充质干细胞移植到了渐冻症患者体内。

结果表明，14位受试者耐受良好，用力肺活量的恶化速度减缓，渐冻症的功能评分下降减慢（图2），治疗后6个月病程进展至少改善了25％，显示了细胞移植在治疗渐冻症时的巨大潜力。

图2间充质干细胞移植对渐冻症的治疗效果

新兴的基因疗法也是一种非常有潜力的治疗方式，主要的策略包括反义寡核苷酸（ASOs）、RNA干扰（RNAi）、基因编辑、腺相关病毒（AAV）介导的基因递送等。

ASOs和RNAi都是通过靶向信使RNA介导其降解，进而降低靶基因的表达来发挥作用。这两种策略主要针对家族性渐冻症，这类渐冻症具有明确的突变基因，如SOD1、C9ORF72等。原理上讲，只要将突变的基因“消除”，渐冻人的症状就会有所缓解，甚至完全恢复。

在其中一项研究中，对三名患者进行的组织学显示，靠近移植物水平的MN数量（T4-T5时每节4.2±0.8MNs）显著高于离移植物较远的（每节0.9±0.3MNs）在T1、T8-T9）并且在患者之间没有显著差异。研究人员报告了症状改善的证据，同时记录到疾病好转的显著变化。

在两项研究中，细胞通过鞘内或静脉内递送。这些报告在安全性和响应方面的结果相似。

一项在细胞移植后24小时进行免疫学评估的研究报告说，活化的淋巴细胞和细胞因子的产生显著减少，表明hMSCs具有即时的免疫调节作用。一项研究将干细胞输送到运动皮层；这种交付方法涉及更多的安全并发症。

几项提议和正在进行的临床试验侧重于鞘内给药（美国国立卫生研究院ClinicalTrials.gov标识符NCT01082653和NCT01142856），一项研究了肌肉内给药和未指明的神经营养因子的给药（NCT01051882）。

NCT01082653

图源：https://clinicaltrials.gov/ct2/home截图

NCT01142856

图源：https://clinicaltrials.gov/ct2/home截图

NCT01051882

图源：https://clinicaltrials.gov/ct2/home截图

一旦确定了所有递送方法的安全性，就可以结合来自确定最佳细胞剂量的人体研究和确定最有效和最有效治疗方法的实验研究的信息，以优化人间充质干细胞在渐冻症中的临床应用。

结论

在过去的十年中，渐冻症干细胞疗法的开发和临床转化取得了巨大的成就。间充质干细胞作为能够保护运动神经元（MN）、分化为多种神经细胞类型、调节免疫细胞作用和减少中枢神经系统（CNS）炎症的细胞而脱颖而出。

间充质干细胞在延迟疾病发作、改善运动功能和增加渐冻症临床前模型中的存活率方面的成功导致了间充质干细胞治疗渐冻症患者的多项临床试验。这些试验确定了间充质干细胞递送用于CNS应用的安全性，为更大规模的后期试验打开了大门，以更好地了解间充质干细胞在治疗渐冻症中的有效性。