训练免疫系统接受移植大脑细胞？Johns Hopkins实现小鼠大脑细胞移植无需终生使用抗排斥药

如何利用共刺激信号的天然特性，作为一种手段来训练免疫系统接受移植细胞作为“自我”？约翰霍普金斯大学医学院仅用6天抗体治疗后停药，小鼠大脑移植的神经胶质细胞可存活生长203天以上！

Neurons illustration

约翰霍普金斯大学医学院的研究人员开发出一种方法，可以成功地在小鼠实验中移植某些保护性脑细胞，而无需终生使用抗排斥药。这项研究报告于9月16日发表在《Brain》杂志上，详细介绍了这种新方法如何选择性地规避了对外来细胞的免疫反应，使移植的细胞在停止免疫抑制药物后很长一段时间都可以存活，生长并保护脑组织。

成功地将健康细胞移植到大脑中而无需常规抗排斥药，这将有望推动寻找治疗方法，帮助出生患有罕见髓鞘蛋白基因异常的遗传病的儿童，如Pelizaeus-Merzbacher病（佩梅样病，家族性中叶性硬化）。髓鞘是包裹在神经元周围以保护神经元传递信息的保护层，在美国出生的每10万名儿童中，大约有1名患有上述疾病之一，患儿特征是眼球震颤、肌张力低下、共济失调及进行性运动功能障碍。在疾病发展过程中，多数患儿初始能逐渐进步，然后出现智力运动发育逐渐倒退，且运动功能障碍比智力障碍更显著，所有这些都是由形成髓鞘蛋白的基因突变引起的。

约翰·霍普金斯大学医学院放射与放射科学副教授Piotr Walczak博士说：“由于这些状况是由引起一种突变引发的一种细胞功能异常，因此它们是细胞疗法的良好靶标，包括移植健康细胞或基因工程改造得到正常细胞，来替代疾病、受损或缺失的细胞。”

替换这些缺陷细胞的主要障碍来自于哺乳动物的免疫系统。免疫系统通过快速识别“自身”或“非自身”组织并发动攻击以摧毁非自身或“外来”入侵者。虽然免疫系统在针对细菌或病毒时很有用，但对于移植器官、组织或细胞来说就成了主要障碍——因为这些移植细胞也同样被标记为要破坏的部分。传统的抗排斥药物广泛地和非特异性地降低免疫系统工作效率，以避免组织排斥，但这也会使患者容易受到感染和其他副作用的影响。患者需要无限期地使用这些药物。

为了停止这种免疫反应而又不引起其他副作用，约翰霍普金斯大学医学小组把目光聚焦到免疫系统攻击外来入侵者的抗感染主力T细胞展开攻击所必须遇到的——“共刺激信号”。

约翰霍普金斯大学医学院医学和整形外科教授，血管复合的异体移植研究实验室的科学主任Gerald Brandacher博士说：“这些信号有助于确保免疫系统细胞不会攻击人体自身的健康组织，”具体地说，这个想法是利用这些共刺激信号的天然倾向性，作为一种手段来训练免疫系统最终永久接受移植细胞作为“自我”。

为此，研究人员使用了两种抗体CTLA4-Ig和抗CD154，在遇到异物时，它们可通过与T细胞表面结合而本质上阻断“前方出击！”信号，从而阻止T细胞开始攻击。Walczak说，这种组合以前已成功用于阻断动物体内实体器官移植的排斥反应，但尚未经过细胞移植修复脑髓鞘的实验。

在一系列关键实验中，Walczak和他的团队构建了经过基因工程改造可以发光的保护性神经胶质细胞——神经胶质细胞可产生包裹神经元的髓鞘，研究人员可以随时监视它们。然后，研究人员将神经胶质细胞注射移植到三种类型的小鼠中：正常小鼠、免疫缺陷小鼠、和经过基因工程改造不产生能形成髓鞘的神经胶质细胞的小鼠。

然后，研究人员使用抗体治疗阻断免疫反应，六天后停止抗体治疗。每天，研究人员都使用专门的照相机来检测发光细胞并捕获小鼠大脑的图片，以确认移植的神经胶质细胞存在与否。

未接受抗体处理的对照小鼠的移植细胞立即开始陆续死亡，到第21天照相机不再能够检测到发光细胞。

而接受过6天抗体治疗的小鼠体内一直维持着大量的移植神经胶质细胞，时间超过203天，这表明即使后继不进行抗体治疗，移植细胞也不会被小鼠的T细胞杀死。

该研究的主要作者，医学博士Shen Li说：“持续存在光信号表明，即使停止治疗很长时间，细胞仍能存活下来。” “我们将这一结果解释为：选择性阻断免疫系统T细胞杀死移植细胞成功了。”

下一步是检查移植的神经胶质细胞是否存活得足够好，足以完成神经胶质细胞在大脑中的正常工作——形成髓鞘。为此，研究人员使用MRI图像寻找神经胶质细胞生长旺盛的小鼠大脑、与神经胶质细胞发育不良的小鼠大脑之间的关键结构差异。研究人员发现在图像中，被治疗的动物相应的大脑部位确实在增殖。

他们的结果证实，移植的细胞能够存活且生长良好，并推定其具有保护大脑神经元的正常功能。Walczak提示说，这些结果只是初步的。他们能够将这些细胞输送到小鼠大脑的局部并在那里生长。将来，他们希望将他们的发现与关于将细胞输送到大脑的方法的研究相结合，以帮助更全面地修复大脑。

这项研究由美国国家神经系统疾病和中风研究所（R01NS091110，R01NS091100，R01NS102675、2017-MSCRFD-3942）资助。

参考文献：

Induction of immunological tolerance to myelinogenic glial-restricted progenitor allografts