基于干细胞的帕金森病治疗

摘要:帕金森病（PD）是一种主要的神经退行性疾病，可能导致神经退行性变化，进而导致残疾。多巴胺能（DA）神经元在黑质致密部（SNpc）中的持续丧失导致逐渐退行性变化。尽管对这种疾病进行了大量研究，但丢失的神经元功能仍无法令人满意地恢复。当前的治疗方法主要集中于症状治疗。预防疾病进展是一个巨大挑战。干细胞研究的进步为治疗PD提供了一个有希望的替代方法。本章回顾了这种疾病的病理生理过程，并总结了干细胞研究的概念和进展，作为PD的新治疗选择。

1.引言

帕金森病（PD）是一种复杂的神经退行性疾病，没有具体的诊断测试。尽管如此，它可以通过以下主要症状来表征：认知缺陷、静止性震颤、运动迟缓、肌强直和姿势反射丧失。从神经学上讲，PD的特征是黑质致密部（SNc）中的黑纹状体多巴胺能（DA）神经元大量退行性变化，这对于多巴胺的产生以及运动控制和认知功能至关重要。该区域神经元的丧失解释了PD中普遍存在的运动障碍，而在路易体（LBs）中发现的α-突触核蛋白是PD的主要病理特征。实验和病理学研究表明，氧化应激、蛋白水解应激和炎症与PD的发病机制密切相关。然而，由于缺乏可靠和敏感的进展生物标志物以及PD的未知发病机制，缺乏可以减缓或逆转其进展的神经保护性疗法。

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中脑DA神经元的特征性逐渐丧失为基于细胞的治疗提供了靶点。神经细胞被移植到黑质以替代PD治疗期间丢失的神经元。1979年，首次成功将胎鼠多巴胺神经元移植到诱导的帕金森病大鼠模型中，显示出运动异常的改善和持续的轴突生长。1988年，首次人类临床试验将胎脑中脑组织移植到中脑黑质区域以替代DA神经元。接受治疗的数百名患者的临床结果有所改善，并且多巴胺的持续释放持续了数十年。使用胎组织引发了伦理问题，导致1998年发展出多能干细胞。移植到动物模型中的干细胞已被证明可以整合到突触和神经回路中以促进功能恢复，这可能逆转人类的感官丧失和瘫痪。2017年，几个团队开始进行临床试验，使用多能干细胞衍生的多巴胺神经元治疗帕金森病。这些团队为从多能干细胞衍生的DA神经元细胞开发了良好的生产实践（GMP）协议，包括质量控制和冷冻保存协议。尽管已有200多项临床研究使用干细胞治疗神经疾病，如脊髓损伤、中风和多发性硬化症，但很少有大型样本的随机试验。因此，干细胞治疗在治疗神经和其他疾病方面具有潜力，但仍有许多研究和工作要做，以达到临床应用水平，以改善帕金森病患者的健康和功能恢复。

2.帕金森病的机制

α-突触核蛋白聚集形成有毒的寡聚体和淀粉样丝状体，称为路易体。尽管关于α-突触核蛋白聚集的机制尚无共识，但它会导致PD中的神经细胞丧失和退行性变化，细胞功能障碍，线粒体损伤和缺陷，以及突触功能障碍。目前，有两种假设涉及α-突触核蛋白聚集的机制。成核-聚合模型假设α-突触核蛋白单体采用类似于成熟纤维的β-折叠结构。成核-转化-聚合模型假设α-突触核蛋白单体的分子内和分子间疏水性坍塌导致形成无序寡聚体，这些寡聚体逐渐演变为有效的β-折叠寡聚体物种。第二个模型得到了更广泛的支持。尽管α-突触核蛋白聚集的具体机制尚不清楚，但淀粉样纤维是细胞毒性的，随后的寡聚体形成被认为是神经退行性变化的主要原因。

淀粉样纤维化和淀粉样前体蛋白在跨膜转运蛋白40（TOM40）中的逐渐积累与线粒体功能障碍相关联。研究发现，人类DA神经元的线粒体是α-突触核蛋白在PD发病过程中的直接靶标之一。α-突触核蛋白可以降低复合体I活性并增加活性氧（ROS）的产量。复合体I活性的丧失显著损害细胞，因为它是执行氧化磷酸化的五个线粒体复合体中的第一个，细胞大部分能量由此产生。增加的ROS与线粒体中复合体I的抑制相结合，导致DA神经元死亡。

寡聚体的细胞毒性是因为它们作为多巴胺释放的抑制剂。由氧化应激产生的多巴胺氧化剂形成的大α-突触核蛋白寡聚体可以抑制可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白（SNARE）介导的囊泡对接。这种抑制效应源于α-突触核蛋白与突触小泡蛋白-2的相互作用，这是囊泡SNARE蛋白的N端域，从而阻断SNARE介导的脂质混合，阻止SNARE复合体的形成。这种与突触小泡蛋白-2的抑制效应可能破坏所有相关的运输途径，从而对PD中的DA神经元产生细胞毒性。

帕金森病是一种复杂的神经退行性疾病，主要由黑质致密部（SNpc）中的多巴胺（DA）神经元死亡引起。PD的神经组织病理变化包括路易体（LBs）的存在和DA神经元的显著丧失。PD发展中最关键的风险因素是年龄，平均发病年龄为60岁。在一项研究中，PD被分为六个阶段。第一阶段的特点是PD相关的包含物主要局限于延髓，症状影响身体的一侧，第二阶段影响双侧运动而不损害平衡。第三阶段意味着PD相关的包含物仅限于下脑干和上脑干，没有皮质损伤。在这个阶段，残疾是轻度到中度的，转身和测试直立反射时明显不稳定。第四阶段表明前内侧颞叶皮层开始受影响。在这里，易损黑质亚核中的黑色素神经元有显著损伤，可见神经元的显著丧失，患者仍能借助手杖或助行器行走和站立，因为跌倒的风险增加。第五和第六阶段由大脑的严重受累定义，包括新皮层区域，通常限制在轮椅或床上。在第五阶段，一阶感觉联合区和前运动区，以及主要感觉和运动区没有路易体神经突起（LNs）和路易体（LBs）。相比之下，在第六阶段，轻微的病理变化被注意到，认知功能的进一步下降导致痴呆。

3.当前帕金森病的治疗方法

由于PD的确切原因尚未确定，其治疗旨在管理症状和恢复DA功能。已经尝试了几种治疗方法来治疗PD，包括药物治疗、外科治疗和深脑刺激（DBS）。然而，目前已知的治疗方法不能阻止或减缓其进展。

3.1.药物治疗

左旋多巴（也称为L-DOPA和L-3,4-二羟基苯丙氨酸）是最初用于治疗帕金森病的最常见抗帕金森病药物。L-DOPA是一种多巴胺前体，一旦进入中枢神经系统就会转化为多巴胺。L-DOPA已被证明是超过50年的有效多巴胺替代药物，通常与多巴脱羧酶抑制剂一起开处方。L-DOPA在控制运动迟缓症状方面最有效，是改善PD患者生活质量的最有效药物。根据症状的严重程度，L-DOPA的使用可能适用于早期PD，以改善患者的体力活动。然而，长期使用L-DOPA可能与运动障碍、波动、多巴胺调节综合征和药物抗性相关。

相比之下，多巴胺激动剂作用于多巴胺受体，因为它们模仿多巴胺的作用。多巴胺激动剂有助于缓解震颤、肌强直、平衡受损和自发运动丧失等运动症状。几种不同的非麦角衍生多巴胺激动剂可用于临床应用，包括盐酸阿扑吗啡、罗替戈汀、普拉克索二盐酸盐和罗匹尼罗。由于与软组织纤维化并发症的关联，不再推荐使用溴隐亭、培高利特和卡麦角林等麦角衍生物用于临床处方。非麦角衍生物针对多巴胺D2型受体，并且比麦角衍生物引起更少的副作用。非麦角衍生物现在被推荐用于PD的初始治疗，以推迟L-DOPA治疗及其在年轻患者中的副作用。然而，对于长期使用者，非麦角药物会引起副作用，如幻觉、躁狂、混乱、抑郁和妄想。接受普拉克索和罗匹尼罗治疗的患者可能会出现冲动控制障碍，如性欲过强、过度赌博或购物和暴食。

3.2.外科治疗

尽管L-DOPA和多巴胺激动剂药物有效地替代了PD患者的多巴胺功能以缓解运动症状，但由于运动并发症和其他副作用的增加，药物治疗仍然有限。外科手术涉及植入设备或在受PD影响的深脑区域创建病变。通过多种方式，包括消融手术、DBS、基因治疗和物理治疗，可以减少副作用。

3.3.消融手术

消融手术是一种可能对PD患者进行的外科手术，以缓解震颤、肌强直和运动障碍的症状。丘脑切除术、亚丘脑切除术和苍白球切除术是进行的程序，以破坏丘脑、亚丘脑核和苍白球内侧部（或苍白球）中的一个小区域。这些程序导致病变形成，并干扰症状的产生。

苍白球切开术有助于改善由L-多巴等药物治疗引起的僵硬和不自主运动。破坏内侧苍白球和丘脑可以阻断导致运动迟缓型帕金森病（PD）症状的通路。尽管消融手术是第一种PD外科治疗方法，但由于对不可逆副作用的担忧，不再推荐使用。

3.4.深部脑刺激

深部脑刺激（DBS）是一种外科治疗方法，涉及在PD患者的大脑中植入电极以干扰丘脑、丘脑下区和内侧苍白球的异常活动（Pilitsis等人，2008年）。根据患者的症状，将确定大脑中特定区域作为治疗目标。DBS已被证明对PD患者更有效、更安全，因为它最小化了组织损伤，因此与消融手术相比在很大程度上是可逆的。此外，DBS手术可以在大脑的两个半球进行。双侧DBS可以在不同疾病阶段实施和调整。许多研究表明，接受DBS治疗的患者显著缓解了症状并减少了副作用。因此，临床医生高度推荐DBS而不是消融手术。

3.5.基因治疗

基因治疗是PD治疗的新潜在方法。最近，临床试验显示出有希望的结果，例如芳香族氨基酸脱羧酶（AADC），它被认为是将左旋多巴转化为多巴胺的关键酶，因此是基因治疗的合适靶点。在一项临床1期研究中，通过腺相关病毒载体将AADC基因的副本传递到六名PD患者的壳核中，导致统一帕金森病评分量表的运动改善增加了46%。在另一项研究中，研究人员发现，在小鼠模型的黑质多巴胺能神经元中抑制线粒体复合体I（MCI）触发了DA表型的逐渐丧失以及运动缺陷。编码MCI催化核心亚基的Ndufs2基因敲除，导致小鼠出现对左旋多巴有反应的PD。因此，MCI功能障碍足以引起类似人类的帕金森症，为基因治疗提供了潜在的靶点。在基因治疗中选择载体是一个挑战，因为它必须能够穿过血脑屏障。非病毒载体由于转染率低，需要多次剂量。病毒载体显示出高转染效率，并可以继续有基因表达，因为它们可以整合到宿主基因组中。

3.6.物理治疗

除了药物和外科治疗外，物理治疗对PD患者最有帮助。许多研究表明，PD患者的体育活动积极改善运动行为、平衡和步速。跑步机训练最有可能增强运动迟缓，并立即和持久地影响步态障碍。跑步机行走使患者能够专注于行走运动，从而提供运动训练以调节他们的步态变异性和步幅。

3.7.职业治疗

职业治疗旨在通过提供技能来帮助PD患者进行日常活动，照顾自己，完成任务和维持休闲活动。职业治疗师提供评估、治疗和建议，支持患者继续他们的日常工作，并帮助他们随着疾病的发展执行他们通常的角色、日常例程和休闲活动。

3.8.语言治疗

PD患者可能受到言语障碍和吞咽困难的严重影响。这两种症状都可以通过语言治疗来缓解。Lee Silverman语音治疗计划（LSVTP）被广泛用于提高声音响度和沟通技巧。研究表明，LSVTP可以改善响度、语速、可理解性、质量、单调性、声带闭合、吞咽、面部表情和神经激活。语言治疗师帮助PD患者维持和提高语言能力，使他们在社交沟通中更有信心。

3.9.认知行为治疗

不仅是运动症状，非运动症状也会对生活质量产生负面影响。认知行为治疗（CBT）可能成为PD患者非运动症状的潜在解决方案，如抑郁、焦虑、失眠和冲动控制。失眠在大约80%的PD患者中报告，症状包括睡眠片段化和清晨醒来。苯二氮卓受体激动剂是用于治疗失眠的常用药物。然而，这种方法提出了副作用和并发症的担忧。因此，CBT提供了一个更好的治疗选择，副作用更少，效果更持久。CBT还可以帮助减少冲动控制障碍的症状，这是口服多巴胺激动剂的副作用。此外，CBT可以有效地减少PD患者的抑郁症状（表1）。

4.帕金森病的干细胞治疗

一些传统治疗方法，如左旋多巴，已被证明对控制PD症状有效。然而，这些方法也产生了限制其应用的副作用。在分子水平上，PD引起的病理变化为应用干细胞治疗提供了一条恢复神经退行性疾病功能的途径。干细胞治疗和多巴胺能神经元移植可以重新启动DA神经递质的正常功能。临床试验表明，PD患者移植胎儿中脑组织恢复了他们受损的运动功能。在一个PD修复治疗的案例研究中，两个人接受了含有DA神经母细胞的人胎儿腹侧中脑内纹状体组织移植。他们在移植后15年和18年的运动能力进行了临床评估。移植后的运动改善可以维持18年，两名患者都停止了DA药物治疗。

干细胞治疗因其独特的特性而脱颖而出，这些细胞具有长时间大量增殖的能力，并通过自我更新过程产生子代细胞，并能分化成特定于某些基因表达的广泛细胞类型。干细胞主要根据它们的分化能力被区分为主要类型。全能干细胞可以分化并形成多个胚层和整个生物体。多能干细胞可以分化成任何胚层的特定细胞类型。多能干细胞具有分化成有限数量但多种细胞系的细胞类型，这些细胞类型几乎相连。单能细胞只能分化成一种细胞类型。在大鼠和灵长类动物PD模型中，移植神经前体细胞（NPCs）或从胚胎干细胞衍生的DA神经元已显示出缓解症状的有效性。然而，组织来源、免疫排斥风险和伦理问题限制了胚胎或胎儿神经移植治疗的应用。由于诱导多能干细胞（iPSCs）具有无限的增殖能力，它们可以产生许多神经元用于细胞替代，而不使用胎儿组织所涉及的伦理问题。在一项开创性研究中，移植的iPSCs能够发育成DA神经元，并在PD大鼠模型中修复运动障碍。在另一项研究中，DA神经元是从人类iPSC衍生的NPCs在灵长类动物模型中移植后产生的。DA神经元存活了大约6个月，尽管行为改善在统计上不显著。iPSCs的分化方法也得到了改进。从iPSCs中基于蛋白质诱导NPCs已被证明在移植后产生DA神经元，克服了病毒基础重编程引起的早期衰老和凋亡。这些有希望的发现将有助于使用iPSCs治疗帕金森病。

4.1.胚胎干细胞

胚胎干细胞（ESCs）是自我更新的细胞，可以成为体内的许多不同类型的细胞。它们取自植入前囊胚的内细胞团。ESCs可以分化成神经干细胞（NSCs）、神经元和多巴胺能神经元。分离人类胚胎干细胞（hESCs）的第一阶段涉及使用来自小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）的饲养层细胞培养内细胞团中的细胞。过去20年中，已开发出指导hESCs分化为NSCs和神经元，特别是PD的多巴胺神经元的技术。已经证明，通过体内表达转录因子如Pax2、Pax5和engrailed-1，可以将hESCs分化为中脑DA神经元。Yan及其团队开发了一种方法，使用生长因子如音猬因子（SHH）和成纤维细胞生长因子8（FGF8）以特定顺序将hESC衍生的神经上皮细胞分化为DA神经元。根据他们的研究发现，FGF8和SHH等生长因子的释放在初步阶段指导早期前体获得区域身份，从而导致向中脑神经上皮细胞分化。Chambers等人建立了一种通过阻断SMAD信号通路来增强hESC衍生的中脑DA神经元的增殖和存活以提高DA合成效果的技术。在粘附培养条件下，引入阻断SMAD信号的Noggin和SB431542，使hESCs的全部神经元转化增加了80%。通过这种方法培养的移植hESC衍生的多巴胺神经元在体内正常运作，改善了PD诱导的大鼠模型的运动障碍。

Fasano等人发现，在发育过程中，神经元倾向于前区域化；然而，用FGF8或无翅/整合（Wnt1）信号分子处理可以刺激这些神经元形成类似中脑神经元的身份。同一研究团队还开发了一种基于地板板的方法，用于体外从hESCs分化DA神经元，使用含有SHH和典型Wnt信号分子的分化介质。该研究旨在增强hESCs向多巴胺神经元的完全转化，并减少体内畸胎瘤形成的风险。研究人员发现，移植到6-OHDA损伤的大鼠和1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）损伤的猕猴后，这些DA神经元成熟高效超过18周。它们纠正了由安非他明引起的旋转功能障碍。这项研究表明，hESC衍生的DA神经元对治疗帕金森病的有效性。LIM同源框转录因子1α（LMX1A）是一个关键的基因，调节DA神经元。一项研究发现，用携带LMX1A基因的慢病毒载体转导hESCs，产生了A9亚型的腹侧中脑DA神经元。

这些神经元占从LMX1A转导的hESCs产生的所有神经元的60%以上。为了研究hESC衍生的DA神经元在体内的功能特性，胎儿大脑DA神经元和来自中脑的hESC衍生的多巴胺神经元被移植到了实验性的帕金森病（PD）大鼠模型中。磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET）成像研究表明，移植的hESC-DA神经元存活下来，展现出长的神经分支，并增强了PD大鼠的运动功能，类似于用胎儿大脑DA移植的大鼠，这意味着hESC衍生的多巴胺神经元可以用来治疗PD。当使用大鼠基质细胞作为细胞培养的饲养层细胞时，存在高度的免疫排斥hESC衍生细胞的风险。这是因为移植的hESC衍生细胞含有大鼠基质细胞。一些研究人员开发了无饲养层细胞的生长系统来解决这个问题，其中基质胶替代了饲养层细胞。Schulz等人尝试在无血清悬浮培养系统中培养神经元，这可以为临床应用准备干细胞。Vazin等人成功地将人类胚胎干细胞诱导成酪氨酸羟化酶（TH）阳性的DA神经元，通过用生长因子SDF-1、PTN、IGF2和EFNB1替代前脂肪（PA6）基质细胞。在诱导的早期阶段，hESCs被转化为NSCs。发现生长因子SHH和FGF8可以替代PA6基质细胞在产生DA细胞中的作用。这些研究产生了一个不使用血清的四步细胞培养过程。四步过程包括ESC扩增、NSC生成、DA前体的诱导和DA神经元的成熟，没有功能损害，因此可以在神经发育的适当阶段进行细胞移植。

4.2.诱导多能干细胞

干细胞疗法有潜力治疗各种退行性疾病、癌症和组织损伤（Herberts等人，2011）。iPSCs是从非多能分化的体细胞中获得的多能干细胞。特定基因被动态诱导表达，将成年体细胞转化为iPSCs。Takahashi和Yamanaka发现，通过逆转录病毒转导四个已知的转录因子——Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc——可以将小鼠胚胎成纤维细胞和尾尖成纤维细胞转化为在形态和分化能力上几乎与小鼠ESCs相同的细胞。像小鼠ESCs一样，这些诱导的iPSCs可以分化成所有三个胚层的细胞，但它们的使用不会产生伦理和道德问题。然而，由于在重编程过程中产生的遗传不稳定性，iPSCs具有肿瘤形成潜力。iPSCs已经从多种物种中产生，包括人类、大鼠、猕猴、猪、兔子和羊，通过表达四个（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）或六个（Lin 28和Nanog与四个因子并行）转录因子。iPSCs现在可以从各种来源中获得，包括骨骼肌细胞、骨髓细胞、肝脏、胃、脑干和外周血。外周血细胞作为重编程模板的有效性引起了治疗关注，因为一项研究表明，可以通过收集单滴指尖刺血患者样本来大规模产生iPSCs库。因为iPSCs可以特异地分化为A9 DA神经元，它们是治疗PD诱导的动物模型的实际方法。iPSCs提供了一种在PD诱导的动物模型中测试假设的方法。当线粒体去极化发生时，PINK1，一种针对线粒体的激酶，在外包线粒体膜上积累，吸引Parkin并启动线粒体自噬。Parkin/PINK1介导的线粒体自噬已在癌症衍生的细胞系中得到证实，而Parkin/PINK1介导的线粒体自噬在神经元中的结果一直不一致。在iPSC衍生的神经元中，PINK1突变阻碍了Parkin向线粒体的转移，最终阻止了线粒体的自噬清除。另一方面，内源性Parkin被认为是不足以介导碳氰化物3-氯苯腙（CCCP）诱导的线粒体自噬在iPSC衍生的神经元中，与当前的Parkin/PINK1依赖性线粒体自噬概念相矛盾。未来的研究对iPSC衍生的神经元中的少量线粒体进行控制性损伤，可能有助于评估Parkin/PINK1在线粒体自噬中的作用及其与PD病理生理学的关系。需要新策略来提高早期PD诊断的准确性，这可能得到干细胞衍生的神经元模型的帮助。如果iPSC衍生的神经元中观察到的特征可以重现PD的临床方面，如选择性DA神经元丢失和路易体的产生，基于iPSC的模型可能有助于进一步理解迟发性PD。一项研究工作利用progerin过表达在来自健康供体的iPSC衍生的DA神经元中引起与衰老相关的标记，揭示了特征性PD症状，包括神经突起退化和树突长度的丧失，只有在Parkin V324A突变处理组的iPSC衍生的DA神经元中观察到路易体前体包含物。在表达Parkin突变的神经元中观察到LB前体包含物的出现是有趣的，因为具有Parkin突变的个体通常不会发展出它们。目前尚不清楚这些试验中识别的α-突触核蛋白聚集体是否具有与PD相关的病理特征（例如，纤维状结构）。最近发现α-突触核蛋白菌株的形状决定了其对组织病理学和行为表型的影响，以纤维和丝带形式的α-突触核蛋白包含物表现出最大的神经毒性，导致PD表型。另一方面，来自具有LRRK2或G2019S突变的iPSCs的DA神经元显示出α-突触核蛋白的过表达或α-突触核蛋白在细胞质中的弥漫性积累，没有明显的聚集体或包含物。然而，发现自噬体的扩张与形态变化的数量之间存在正相关，支持自噬障碍与PD病理之间的联系。虽然这些结果在与PD神经退行性的因果关系方面尚无定论，但基于iPSC的研究提供了研究帕金森病的病理机制的方法，这可能会产生新的治疗靶点。

4.3.间充质干细胞

间充质干细胞（MSCs）是成年干细胞，可以发展成多种间充质组织，包括骨骼、软骨、脂肪和造血组织。MSCs源自中胚层，但研究表明它们可以分化为非中胚层来源的细胞，如胶质细胞和神经元，使它们成为替代神经退行性疾病中受损细胞的潜在来源。MSCs也容易获取、分离和培养，免疫原性低，具有免疫调节作用和免疫调节特性。因此，MSCs似乎是神经退行性疾病的有前景的治疗选择。尽管研究表明MSCs在一些研究中可能缓解病情，但MSCs治疗神经退行性疾病的治疗机制目前正在研究中。在PD治疗中，研究表明来自小鼠ESCs的NSCs，以及来自ESCs的完全发育的神经元和多巴胺神经元，具有神经保护功能。归巢是MSCs的一个显著特征，对治疗有用，其中细胞被立即触发迁移到受伤部位。MSCs可以移动到损伤部位并发展成神经元和胶质细胞，从而长期改善运动功能。包括移植时间和数量、培养方法、预处理和MSC移植方法在内的各种参数，可以影响MSC归巢效果。MSCs可能作为治疗药物载体，因为它们可以迁移并在移植后定居在受伤部位。进入CNS的药物必须能够穿越血脑屏障并到达大脑不同部位的特定类型的细胞，这需要使用能够有效将药物输送到所需部位的载体。MSCs可以用作药物输送工具，为神经退行性疾病的靶向治疗提供有效的平台。MSCs可以作为其旁分泌活性的一部分释放各种生长因子、细胞因子、趋化因子和酶，所有这些都在细胞迁移和免疫控制中发挥重要作用。外泌体包含内源体衍生的成分和生物活性化合物，包括MSCs产生的蛋白质、脂质、mRNA、tRNA、基因组DNA和线粒体DNA。外泌体可以减少炎症，帮助炎症过程和抗原呈递，并增强细胞专业化和运动能力。由于它们修复受损组织的独特潜力，MSCs释放的外泌体在再生医学或干细胞治疗中引起了相当大的关注。MSC衍生的外泌体可以用作直接治疗，有效地抑制炎症并激活A1神经毒性反应性星形胶质细胞在创伤性脊髓损伤后。免疫系统可以识别并与PD患者大脑中不规则积累的α-突触核蛋白作斗争。这些患者中有多种促炎细胞因子的水平增加。此外，在某些培养条件下MSCs可以分化为类神经元细胞。在MSC移植组中，运动性能得到改善，这些细胞在移植后可以存活8周并分化为DA神经元。在另一项MSC大鼠研究中，Cova 等人将成年人类MSCs移植到用6-羟多巴胺（6-OHDA）损伤的纹状体的大鼠中。他们的发现表明，网状MSCs可以存活植入并发展成DA神经元。MSCs还可以防止小胶质细胞的极化，减少α-突触核蛋白的数量，并增加小鼠中神经元的存活。根据这些数据，MSCs可能在PD治疗中发挥细胞替代、抗炎和免疫调节作用。

4.4.脐带来源的干细胞

人类脐带来源的干细胞（USCSs）容易获得，并且从患者身上收集和处理费用低廉，不会造成疼痛。它们可以从包括脐带静脉、华通氏胶、胎盘和脐带组织在内的组织中分离出来。脐带包含不同类型的干细胞，包括MSCs、非限制性体细胞和造血干细胞。这些多能MSCs具有免疫特权的独特特性，具有免疫调节和旁分泌效应，并表现出向受伤部位归巢的能力。USCSs含有高干细胞标记物，如CD34+和CD105+，表明它们具有再生潜力、更长的端粒和对免疫系统排斥的更大耐受性。在之前的一项研究中，比较了脐带来源的MSCs和骨髓来源的MSCs的细胞表面和细胞质特异性生物标记物。骨髓MSCs倾向于分化为脂肪细胞、成骨细胞和类神经元细胞，而脐带MSCs分化为不成熟或成熟的类神经元细胞。将猪脐带MSCs异种移植到6-OHDA损伤的小鼠PD模型的右侧黑质中，结果显示运动功能得到改善，这一点通过悬吊桥和旋转杆测试得到证实。额外的生物标记物证实了这些发现，在移植区域发现了血管内皮生长因子、白细胞介素-6、神经生长因子、巢蛋白和酪氨酸羟化酶的表达。脐带来源的MSCs可以被包裹在生物材料中进行植入，尽管这可能会引起对材料的免疫反应。在一项研究中，将细胞包裹到胶原蛋白水凝胶中，并植入到Sprague-Dawley半帕金森大鼠模型中。在植入后1天和14天进行了冷冻切片。通过液相色谱-质谱分析提取的蛋白质，以分析这些植入物的差异分子表达。在使用 Shotgun蛋白质组学分析处理组与对照组相比，在识别的2219种蛋白质中，没有检测到显著差异的蛋白质表达。这项研究可能表明水凝胶包裹可以作为一种可行的植入方法。然而，更精确的切片技术，如激光显微切割，更大的样本量，以及对局部变化的后续评估可以帮助确认这些结果。

4.5.脂肪来源干细胞

脂肪组织是另一种具有良好多能性的间充质干细胞（MSCs）来源。使用脂肪来源干细胞（ASCs）的额外优势包括它们分泌趋化因子和神经营养因子的能力，这些因子可以保护神经细胞，并获取足够的自体ASCs用于治疗。通过吸脂手术可以分离出这些细胞，且不会对患者造成伤害。在MPTP诱导的小鼠帕金森病（PD）模型中，每隔两周通过尾静脉向小鼠注射一系列六次ASCs，结果在最后一次注射后显著改善了运动功能。治疗还显示小鼠纹状体中胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）和脑源性神经营养因子（BDNF）水平增加。尽管ASC注射的治疗机制尚未阐明，但可能与ASCs产生的分泌物有关。分泌的细胞因子和生长因子具有神经保护和神经修复性质，在疾病模型中显示出显著改善。重复注射ASCs可能通过保护现有的多巴胺能神经元、维持黑质纹状体通路以及恢复DA末端的BDNF和GDNF表达，为PD治疗提供治疗效果。在6-OHDA诱导的小鼠PD模型中，使用MRI追踪了磁性纳米颗粒的体内运动。通过转棒测试进行运动行为评估，以测量平衡和运动协调，并通过阿扑吗啡诱导的旋转来评估损伤纹状体的高敏感性。与生理盐水治疗组相比，注射ASCs的小鼠有显著改善。随后的MRI揭示了小鼠黑质中的纳米颗粒分布。能够穿过血脑屏障的磁性纳米颗粒可以被认为是干细胞输送靶向治疗的可能手段。

4.6.牙髓干细胞

牙髓来源的干细胞（DPSCs）存在于填充牙齿中心牙髓腔的纤维结缔组织中，它们是多能性的，并且可以从乳牙中非侵入性地获取。DPSCs起源于神经嵴，具有高增殖能力，并且由于它们分泌细胞因子和营养因子的能力，非常适合神经保护应用，使它们成为PD治疗的潜在来源。此外，DPSCs表达特异性于胚胎干细胞的生物标志物，包括OCT-4、vimentin、nestin和SOX-2，从而证明了它们作为自体干细胞来源的功能。DPSCs已成功地在体外分化为多巴胺能神经元样细胞。使用人类/小鼠多巴胺能神经元分化试剂盒（R&D Systems, Abingdon, UK）培养的DPSCs显示出与癌症研究所（ICR）小鼠大脑黑质组织作为阳性对照相比，在分化阶段通过免疫细胞化学和形态学分析验证的神经元特征。定量聚合酶链反应（PCR）测定显示干细胞标记SSEA4仅在第一至第四阶段表达，DA标记TH阳性细胞仅在第五阶段出现。在第五阶段，分化细胞的形态转变为收缩的、浓缩的细胞体，呈放射状胶质样外观。神经干细胞标记vimentin在整个分化过程中持续表达，而神经谱系标记PAX6和nestin的浓度逐渐增加。MAP2、MBP、O4、TH、TUJ1和GFAP的峰值水平都在第四阶段表达。DPSCs成功分化为DA神经细胞表明它们可以成为PD治疗的自体干细胞的潜在候选者。在小鼠模型中，使用MPTP诱导的PD来描述DPSCs在细胞替代疗法中的效果。DPSCs被鞘内给药，并对感觉运动行为进行评估，包括埋藏的颗粒、块、粘性移除和圆柱测试中的自发活动。评估每14天进行一次。从DPSC移植后第8周开始，可以相对容易地识别带有新气味的埋藏颗粒，这也是粘性移除的重要结果的时间框架。黑质和纹状体的免疫染色结果显示，多巴胺转运体、多巴胺脱羧酶和酪氨酸羟化酶的水平在移植后8周就增加了，到12周时DA神经元的峰值水平达到了大约60%。因此，DPSC移植改善了MPTP相关的功能恢复，可能有助于个性化再生医学应用（表2）。

5.结论

干细胞疗法已被用于治疗各种退行性疾病，并已显示出在治愈癌症和其他受损组织修复治疗中的潜力。基于细胞的帕金森病治疗最近在干细胞来源的丰富性和它们在治疗中的潜在用途的表征方面取得了进展。iPSCs的发展为治疗提供了多个机会。iPSCs移植在治疗帕金森病方面可能有一个光明的未来。使用MSCs分化为多巴胺能细胞可能是PD可行的细胞治疗方法。尽管hESCs可以高效地在体外分化为大量的DA神经元，并已在小鼠、大鼠和非人灵长类动物等PD动物模型中显示出良好的功能，但尚未对PD患者进行临床研究。hESCs的主要问题在于hESC衍生的多巴胺神经元在移植后的表型稳定性，以及担心在用于人类治疗的大量细胞中残留未分化的hESCs。即使在动物实验中没有显示出肿瘤生长，剩余的未分化hESCs也可能导致肿瘤形成。hESCs的临床应用也受到伦理考虑和免疫排斥问题的限制。脐带血来源的干细胞、脂肪来源的干细胞和牙髓来源的干细胞都是非侵入性或最小侵入性的自体干细胞来源，可以在不伤害患者的情况下获得。这些类型的干细胞疗法具有多能性、增殖能力和分泌神经保护营养因子和细胞因子的能力。这里讨论的研究表明它们在恢复PD诱导的动物模型的功能恢复方面具有有效性，为进一步的研究提供了基础，这些研究可能导致临床试验，并作为治疗帕金森病的个性化医学方法。

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