【原】阿爾茨海默?。簭陌l(fā)病機(jī)制到間充質(zhì)干細(xì)胞治療

干細(xì)胞與外泌體 2023-02-11 發(fā)布于廣東

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阿爾茨海默病 (AD) 是全球最普遍的神經(jīng)退行性疾病。

隨著人口老齡化趨勢的加劇，AD的估計人數(shù)不斷攀升，給社會造成巨大的醫(yī)療、社會、家庭和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

目前，沒有藥物可以治愈這種疾病或減緩其進(jìn)展。迫切需要提高我們對 AD 發(fā)病機(jī)制的理解，并開發(fā)新的治療方法來對抗它。

阿爾茨海默病 (AD) 是最常見的神經(jīng)退行性疾病。它的特點(diǎn)是進(jìn)行性認(rèn)知障礙、定向障礙、執(zhí)行功能障礙以及人格和行為改變。

根據(jù)最近的世界阿爾茨海默氏癥報告，目前全球約有5000萬人患有癡呆癥。

隨著人口老齡化趨勢加劇，預(yù)計到2050年，全球癡呆癥患者總數(shù)將達(dá)到1.52億。阿爾茨海默病占其中的一半以上。

幾十年來，AD藥物的研發(fā)主要集中在病理變化上，但針對病理的藥物臨床試驗盡管在臨床前動物模型上取得了成功，但都以失敗告終?？偟膩碚f，目前沒有藥物可以逆轉(zhuǎn)或改變阿爾茨海默病的病程。

阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制

已經(jīng)針對 AD 發(fā)病機(jī)制提出了不同的理論。在 20 世紀(jì) 90 年代，淀粉樣蛋白級聯(lián)假說是主導(dǎo)理論，它聲稱淀粉樣蛋白 β 是 AD 的致病因子并啟動所有其他 AD 發(fā)病機(jī)制。

然而，有幾個證據(jù)不同意這一假設(shè)：(i) 在許多健康老年人的死后大腦中發(fā)現(xiàn)了重的淀粉樣蛋白 β 負(fù)載，而沒有造成任何認(rèn)知障礙；(ii) 淀粉樣蛋白 β 負(fù)荷與認(rèn)知能力下降沒有很好的相關(guān)性，相反，Tau 水平更相關(guān); (iii) 盡管患者的淀粉樣蛋白負(fù)荷明顯下降，但抗 Aβ 治療在臨床試驗中無效。后來，病理性Tau理論開始流行起來。事實(shí)上，過度磷酸化的 Tau 蛋白與認(rèn)知能力下降的相關(guān)性更好。

越來越多的數(shù)據(jù)表明，Tau 病理學(xué)出現(xiàn)在 β 淀粉樣斑塊形成之前大約十年。然而，抗 Tau 治療在臨床試驗中同樣無效。

1987 年，科學(xué)家McGeer 等人的一項開創(chuàng)性研究。他們報告了淀粉樣斑塊附近激活的小膠質(zhì)細(xì)胞。為了進(jìn)一步支持他們的發(fā)現(xiàn)，大型隊列研究表明，與正常人相比，長期使用 NSAIDs 治療 RA（類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎）的人的發(fā)病率顯著降低。

之后，許多研究都集中在 AD 的炎癥上，然而，到目前為止，所有使用 NSAIDs 的 AD 臨床試驗都被證明是無效的。

據(jù)報道，成人神經(jīng)源性區(qū)域成神經(jīng)細(xì)胞的早期減少與 AD 認(rèn)知障礙的程度相關(guān)。受損的神經(jīng)發(fā)生發(fā)生在淀粉樣蛋白 β 積累之前，遠(yuǎn)早于 AD 臨床表現(xiàn)。

從那時起，人們對研究成人海馬神經(jīng)發(fā)生在 AD 發(fā)病機(jī)制中的作用重新產(chǎn)生了興趣。

值得注意的是，上述理論都不能單獨(dú)解釋 AD 的發(fā)病機(jī)制。

AD的發(fā)病機(jī)制極為復(fù)雜，遺傳因素、環(huán)境因素、神經(jīng)炎癥、致病蛋白增殖、神經(jīng)發(fā)生受損、線粒體功能障礙、ROS積累、自噬受損等多種因素都可能參與這一過程。

許多這些因素相互關(guān)聯(lián)并形成惡性循環(huán)，從而促進(jìn)神經(jīng)元的損傷。神經(jīng)炎癥可能在 AD 的發(fā)病機(jī)制中起著核心作用。

阿爾茨海默病的全身炎癥

累積證據(jù)表明全身性炎癥在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮作用。在這些全身性炎癥情況中，近年來有兩種炎癥受到特別關(guān)注。一種是牙周炎，另一種是腸道菌群失調(diào)。

最近，注意力集中在牙周炎和AD之間的關(guān)系上。牙齦卟啉單胞菌( P. gingivalis ) 及其毒素已在 AD 患者的尸檢腦組織中檢測到，但在正?；颊咧胁淮嬖凇?/span>

牙齦卟啉單胞菌來自革蘭氏陰性牙周病原體、牙齦卟啉單胞菌(Pg) 和/或其產(chǎn)物牙齦蛋白酶易位至大腦。

研究證明野生型 C57BL/6 小鼠反復(fù)暴露（22 周）口服 Pg 會導(dǎo)致神經(jīng)炎癥、神經(jīng)變性、小膠質(zhì)細(xì)胞增生、星形膠質(zhì)細(xì)胞增生以及細(xì)胞內(nèi)外淀粉樣斑塊和神經(jīng)原纖維纏結(jié) (NFT) 的形成。

此外，通過免疫組織化學(xué)、共聚焦顯微鏡和 qPCR 在實(shí)驗組小鼠的海馬中檢測到 Pg/gingipain，證實(shí)了口服 Pg 向大腦的易位。因此，這項研究是使用科赫假設(shè)證明微生物對疾病的貢獻(xiàn)的完美示例。

這項研究首次表明在重復(fù)口服應(yīng)用 Pg 后年輕成年 WT 小鼠的神經(jīng)變性和細(xì)胞外 Aβ42 的形成。

在研究中觀察到的神經(jīng)病理學(xué)特征強(qiáng)烈表明，低度慢性牙周病原體感染可導(dǎo)致與 AD 一致的神經(jīng)病理學(xué)發(fā)展。

影響阿爾茨海默病持續(xù)進(jìn)展的因素

阿爾茨海默病在臨床表現(xiàn)之前有一個極長的潛伏期（10-20 年）。AD要緩慢進(jìn)展，三個因素起著重要作用：宿主的衰老狀態(tài)、慢性全身炎癥和小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙。

肌體衰老

多項研究表明，衰老不僅是AD的一個極其重要的危險因素，而且在AD的進(jìn)展中起著重要作用。

研究表明，與老年小鼠相比，腦內(nèi)注射 β 淀粉樣蛋白在年輕小鼠中誘發(fā) AD 的可能性較小。

在衰老的大腦中，衰老細(xì)胞的增殖能力下降，而基本代謝水平保持不變，這種現(xiàn)象被稱為“衰老”。

這種衰老會影響成年神經(jīng)原性區(qū)域中的神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞以及神經(jīng)干細(xì)胞。

但最重要的是，衰老會影響我們的整個免疫系統(tǒng)。炎癥和免疫衰老是生物衰老的兩個標(biāo)志。這意味著在老年大腦中，小膠質(zhì)細(xì)胞已經(jīng)準(zhǔn)備好形成促炎表型

慢性全身炎癥

AD 患者并存慢性全身炎癥是很常見的。重要的是，慢性全身性炎癥通常與炎癥協(xié)同作用。

例如，在牙周病中，牙周細(xì)菌（尤其是革蘭氏陰性，牙周袋生物膜中含有 LPS 的細(xì)菌）可以局部產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子通過缺陷 BBB 進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在那里它們與已經(jīng)啟動的小膠質(zhì)細(xì)胞相遇向促炎表型。

這種額外的炎癥觸發(fā)因素可以加強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)并加劇現(xiàn)有的炎癥。

科學(xué)家Fielder 等人報道了使用基因增強(qiáng) NF-κB 活性 (nfκb1–/–) 的小鼠模型，以低度慢性炎癥和過早衰老為特征，研究慢性炎癥對認(rèn)知能力下降的影響。

重要的是，使用非甾體抗炎藥 (NASID) 布洛芬治療可減少神經(jīng)炎癥和衰老細(xì)胞負(fù)擔(dān)，從而顯著改善認(rèn)知功能。這些數(shù)據(jù)提供的證據(jù)表明，慢性炎癥是衰老過程中觀察到的認(rèn)知能力下降的一個致病因素。

慢性炎癥狀態(tài)可直接影響認(rèn)知功能。研究表明，AD 患者在慢性炎癥狀態(tài)下往往會更快惡化。

阿爾茨海默病的間充質(zhì)干細(xì)胞療法

目前，兩種類型的藥物通常用于治療阿爾茨海默病。一類是抗膽堿酯酶類藥物，包括加蘭他敏、多奈哌齊；另一種是興奮性谷氨酰胺酸NMDA受體拮抗劑，如美金剛。

這些藥物僅用于對癥治療。到目前為止，還沒有可以阻止或逆轉(zhuǎn)疾病進(jìn)程的疾病緩解療法 (DMT)。

DMT 的臨床試驗是艱巨的。大多數(shù)DMTs臨床試驗針對的是淀粉樣蛋白和Tau這兩個經(jīng)典的病理標(biāo)志，然而這些試驗均以失敗告終。

近日，美國FDA加速批準(zhǔn)Biogen的Aduhelm（aducanumab，一種淀粉樣蛋白抗體）用于治療AD。但是，這種做法引起了很多爭議，因為在3期臨床試驗中，其效果是有爭議的。

AD 治療失敗的原因是選擇性神經(jīng)元丟失的確切機(jī)制仍有待闡明。目前的藥物臨床試驗采用“一種藥物，一種機(jī)制”的理念。

AD 發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，僅針對那些單一的病理特征，如淀粉樣蛋白、Tau 或神經(jīng)炎癥不太可能取得臨床成功。

此外，目前的臨床前動物模型都是基于轉(zhuǎn)基因小鼠，而遺傳形式的 AD 僅代表不到 5% 的疾病。因此，將動物模型的結(jié)果直接轉(zhuǎn)化為臨床治療并不總是可行的。

干細(xì)胞是一類具有自我更新和多向分化潛能的細(xì)胞。干細(xì)胞可以促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)的再生和修復(fù)，而神經(jīng)退行性疾病的核心病理特征是神經(jīng)元的選擇性丟失，這使得干細(xì)胞療法成為理想的治療選擇。

干細(xì)胞療法是唯一可以針對 AD 多種機(jī)制的治療方式，并且可能在不知道疾病背后的確切機(jī)制的情況下產(chǎn)生積極的結(jié)果。

自1980年首次嘗試使用人類胎兒中腦組織治療帕金森病患者的干細(xì)胞療法以來，已經(jīng)過去了四十年。

目前，許多類型的干細(xì)胞已被研究用于AD的治療，包括胚胎干細(xì)胞（ESCs）、神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）、間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）等。

間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 是 AD 臨床試驗中使用最廣泛的干細(xì)胞。首先發(fā)現(xiàn)了間充質(zhì)干細(xì)胞或間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞，作為粘附細(xì)胞在骨髓中以漩渦狀形態(tài)生長。

從那時起，MSCs 已從各種來源分離，如脂肪組織、臍帶和臍帶血、胎盤組織、羊水，甚至牙髓。MSCs 可以在體外有效地誘導(dǎo)成骨骼、軟骨、脂肪和肌肉甚至神經(jīng)元。

研究表明，不同的 MSC 子集實(shí)際上具有不同的自我更新能力，并且它們的成骨、脂肪形成、軟骨形成和神經(jīng)生成能力也各不相同。這些差異可能歸因于它們的組織來源。

間充質(zhì)干細(xì)胞有很多優(yōu)點(diǎn)：（i）它們不像胚胎干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞那樣涉及任何復(fù)雜的倫理問題；(ii) 它們易于獲得、易于操作、易于儲存；(iii) 它們幾乎不表達(dá) HLA 抗原，因此可以在沒有免疫抑制的情況下實(shí)現(xiàn)同種異體移植；(iv) 它們不易形成腫瘤；(v) MSCs 可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)并減輕 AD 中的神經(jīng)炎癥。這些順應(yīng)性特征使 MSCs 目前成為 AD 再生治療中使用最廣泛的干細(xì)胞來源。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療阿爾茨海默病的作用機(jī)制

針對 AD 中的 MSCs 治療提出了不同的機(jī)制。MSCs治療的主要作用機(jī)制一直被認(rèn)為是“細(xì)胞替代”。但越來越多的證據(jù)表明，移植的 MSCs 只能在宿主體內(nèi)存活非常有限的時間。靜脈注射的 MSCs 大多被困在肺和脾臟中。

目前普遍認(rèn)為移植的MSCs主要通過旁分泌作用發(fā)揮作用。

研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞通過旁分泌作用分泌大量神經(jīng)營養(yǎng)因子和血管生成因子，尤其是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子 (GDNF)、血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子 (BDNF) 和胰島素生長因子（IGF）等。

這些神經(jīng)營養(yǎng)因子和血管生成因子可以潛在地改善病變區(qū)域存活神經(jīng)元的微環(huán)境，促進(jìn)神經(jīng)元再生和修復(fù)。

最近研究報道了從體外暴露的 MSC 中收集的分泌蛋白組的鼻內(nèi)給藥AD 小鼠腦勻漿 (MSCCS) 誘導(dǎo)持久性記憶恢復(fù)，淀粉樣斑塊負(fù)荷和 APP/PS1 AD 小鼠模型中的反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)增生顯著減少。

研究還發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)和海馬體中的神經(jīng)元密度更高，與海馬體收縮減少和壽命更長相關(guān)，這表明與載體處理的 APP/PS1 小鼠相比，MSC-CS 處理的小鼠條件更健康。

這表明在 AD 中與 MSCs 移植相關(guān)的積極作用，例如改善記憶、加速淀粉樣斑塊清除、減輕神經(jīng)炎癥和刺激內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生都可以使用 MSCs 衍生的分泌蛋白組來模擬，這有力地表明 MSCs 的旁分泌作用發(fā)揮重要作用在 MSCs 移植研究中的作用。

MSC 治療的另一個重要機(jī)制是調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥。如前所述，神經(jīng)炎癥在 AD 的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。

多項研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞可以將小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞從促炎表型 M1 和 A1 轉(zhuǎn)化為抗炎表型 M2 和 A2，從而減輕 AD 中的神經(jīng)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)元損傷。

這些研究表明，MSCs 移植可以通過抗神經(jīng)炎癥機(jī)制緩解 AD 小鼠的認(rèn)知能力下降。

最近的研究表明，在 AD 早期，內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生受損，成人海馬神經(jīng)源性區(qū)域的神經(jīng)干細(xì)胞減少。MSCs 移植可能通過補(bǔ)充內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞庫和刺激神經(jīng)發(fā)生而發(fā)揮作用。

線粒體轉(zhuǎn)移作為干細(xì)胞治療的一種新機(jī)制引起了廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是一種潛在的組織損傷治療方法。

研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞可能將其健康的線粒體轉(zhuǎn)移到垂死的神經(jīng)元中，以恢復(fù)能量代謝并拯救神經(jīng)元。

近年來，外泌體在干細(xì)胞治療領(lǐng)域備受關(guān)注。MSCs 衍生的外泌體富含神經(jīng)源性和血管生成細(xì)胞因子、mRNA 和 microRNA。這些物質(zhì)可以分泌并轉(zhuǎn)移到其他細(xì)胞或用于控制周圍的微環(huán)境。

外泌體可以通過 BBB 轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞而不會在血液中降解，因為它們被脂質(zhì)雙層包圍。

最近，一項基于外泌體的間充質(zhì)干細(xì)胞試驗在中國啟動。鼻腔吸入同種異體脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體用于治療輕度至中度 AD 患者 (NCT04388982)。

MSCs 治療 AD 的不同機(jī)制。目前，在clinicaltrial.gov網(wǎng)站注冊的間充質(zhì)干細(xì)胞治療阿爾茨海默病的臨床試驗研究有17項。下表列出了當(dāng)前正在進(jìn)行的（以及已完成的）MSCs AD 臨床試驗表。

總之，在不久的將來，以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的新技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)將徹底改變這一領(lǐng)域。例如，干細(xì)胞基因工程可以賦予它們更強(qiáng)的神經(jīng)營養(yǎng)作用和更強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用。生物支架等新材料、納米級微泡及其修飾技術(shù)的開發(fā) 將使干細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中更有針對性地遞送和更長時間的存活。同時，更精心設(shè)計的 AD 臨床試驗針對更多處于疾病早期或前驅(qū)期的患者，可能會在不久的將來帶來更好的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

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