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本文作者Jieun Kim, Yujeong Lee等，韩国釜山国立大学药学院药学系，文章作标题Mesenchymal Stem Cell Therapy and Alzheimer's Disease: Current Status and Future Perspectives（间充质干细胞治疗和阿尔茨海默病：现状和未来展望），此前发表在 J Alzheimers Dis.上。 我们都喜欢回忆“过去的美好时光！”回忆是我们生活的一部分，每个人都会反思所度过的美好时光。不幸的是，随着全球阿尔茨海默病发病率的稳步上升，许多人正在失去记忆。 阿尔茨海默病 (AD) 是一种神经退行性疾病，占全球 5000 万痴呆病例的 60-70%。它的特征是神经元细胞死亡、脑组织萎缩以及进行性认知、运动和行为障碍，这通常会导致死亡。尽管目前的治疗有助于改善患者的生活质量，但它并不能改变 AD 的潜在疾病病理。 研究表明，间充质干细胞 (MSCs)具有刺激神经再生和抑制疾病进展的能力。最近，来自细胞因子预处理的 MSCs 的细胞外囊泡 (EVs) 和外泌体也显示在 AD 模型中诱导免疫调节和神经保护作用。 关注公众号，了解更多行业信息 阿尔茨海默病 (AD) 根据世界卫生组织的数据，全世界约有 5000 万人患有痴呆症。这个数字预计每 20 年翻一番，直到 2050 年。最常见的痴呆形式是阿尔茨海默病 (AD)，可能导致 60-70% 的病例。 AD 是一种神经退行性疾病，其特征是细胞外淀粉样蛋白斑块的积累，主要由淀粉样蛋白-β (Aβ) 肽和过度磷酸化 tau 蛋白的细胞内神经原纤维缠结 (NFT) 组成。 阿洛伊斯·阿尔茨海默于 1906 年首次描述了这种疾病，当时他报告了一名 51 岁的女性患有认知障碍、妄想、定向障碍和其他行为改变。AD 与神经元细胞死亡、脑组织萎缩以及进行性认知、运动和行为障碍有关，这通常会导致死亡。迄今为止，尚无能够改变 AD 潜在疾病病理学的疾病缓解治疗。 间充质干细胞 (MSCs) 是一组能够分化成非间充质谱系的多能干细胞。MSCs 被认为是一种非常有前途的刺激神经再生的方法，因为它们具有免疫调节特性和高生物安全性，而且还因为它们能够合成神经营养和促血管生成因子。 外泌体（也称为小细胞外囊泡（EVs））被认为是细胞外微泡的一种亚型，直径为30-100nm，包括脂质双层膜结构，由多种细胞类型释放。研究人员早在 1960 年代就主要提出哺乳动物组织或体液中存在细胞外囊泡 ，而外泌体长期以来被认为是不必要的蛋白质。事实上，外泌体能够反映亲代细胞的状态，并通过在生理和病理条件下将生物活性货物（包括蛋白质、脂质和核酸）转运到受体细胞来介导细胞间通讯。鉴于强大的生物学功能，外泌体已被研究用作疫苗、免疫抑制剂或修复和分化过程的刺激剂 。 在 AD 中，干细胞疗法试图替代受损或丢失的神经元。基于 MSC 的疗法已显示出恢复受损神经组织和减缓疾病进展的潜力。虽然干细胞移植的具体治疗机制效果尚不清楚，但MSC疗法已被证明是AD等神经退行性疾病的一种替代治疗方法。 阿尔茨海默病的发病机制和目前的治疗 据信，当细胞外老年斑和过度磷酸化 tau 蛋白的细胞内 NFT 在脑中积聚时，就会发生 AD。这些病理过程导致一系列下游事件，包括神经退行性变和神经元和突触丧失，导致宏观萎缩。尽管 AD 的病理生理学仍存在争议，但称为淀粉样蛋白级联假说的主要假设预测 Aβ 的积累和聚集会引发一系列病理事件，最终产生我们所知的 AD。 淀粉样前体蛋白 (APP) 是一种跨膜蛋白，在神经元发育、信号传导和细胞内转运中起重要作用。在中枢神经系统 (CNS) 中，APP 可以通过非淀粉样蛋白生成途径或淀粉样蛋白生成途径进行切割。在非淀粉样蛋白生成途径中，APP 首先被 α-分泌酶切割，分泌胞外可溶性肽 α (sAPPα) 和称为 C83 的氨基酸片段，随后被 γ-分泌酶切割，产生称为 p3 的片段。另一方面，在淀粉样蛋白生成途径中，APP 首先被 β-分泌酶切割，分泌胞外可溶性肽 β (sAPPβ) 和称为 C99 的氨基酸片段。γ-分泌酶还通过切割 C99 参与该途径，产生称为 Aβ 的 37-49 个氨基酸残基肽。 Aβ 的两种主要同工型是 Aβ40 和 Aβ42。它们之间的唯一区别是 Aβ42 在 C 端有两个额外的残基。AD 中的大多数淀粉样蛋白斑主要由 Aβ42 组成 。Aβ 单体的积累以及清除率的降低导致其自组装并聚集成寡聚体，最终形成高度规则的淀粉样蛋白原纤维，产生导致神经毒性和痴呆的斑块。 可溶性 Aβ 和淀粉样蛋白斑块被认为会诱导一系列事件，如炎症、氧化应激、兴奋性毒性和 tau 过度磷酸化。这是一种以稳定和组装神经元微管而闻名的蛋白质。在 AD 中，tau 的过度磷酸化促进了不溶性丝状聚集体，这些聚集体是该疾病的细胞内 NFT 特征的一部分。 尽管淀粉样蛋白级联假说确定 tau 的过度磷酸化是 Aβ 积累的下游事件，但 tau 和 Aβ 可能以平行途径起作用，导致 AD 并加剧彼此的毒性作用。此外，神经炎症也被证明在 AD 病理过程中起关键作用。具体来说，小胶质细胞已被证明是协调炎症的主要参与者之一。在 AD 中，不受控制的小胶质细胞活动会加重 tau 病理，刺激促炎细胞因子的分泌，并导致神经元损伤 [11]。最后，大量神经元和突触丢失也参与了 AD 的病理过程。神经退行性变首先影响内嗅皮层，然后是下托和 CA1 海马亚区和基底前脑网络。在 AD 的晚期阶段，颞叶也受到影响，最终扩散到大多数皮质层。 AD通常分为家族性AD(fAD)和散发性AD(sAD)。fAD 与发病的早期症状有关，并影响不到 5% 的所有 AD 患者。这种类型的 AD 是由 APP、早老素 1 (PS1) 和/或早老素 2 (PS2) 的突变引起的。早老素 1 和早老素 2 是 γ-分泌酶的催化成分，正如我们之前提到的，它将 APP 切割成不同长度的 Aβ。因此，早老素中与 fAd 相关的突变会改变 γ-分泌酶的切割位点，从而导致产生更长、更多的原纤维 Aβ。另一方面，与迟发性相关的 sAD 占 AD 患者的近 95%。sAD 是由遗传和环境风险因素共同引起的，没有记录的 AD 家族史。载脂蛋白 E4 (APOE4) 和骨髓细胞 2 (TREM2) 上表达的触发受体被认为是 sAD 的两个主要危险因素。APOE 基因型对 Aβ 沉积形成老年斑和脑淀粉样血管病 (CAA) 具有显着影响，这是 AD 中淀粉样蛋白病理学的两个主要标志。此外，与 AD 相关的 TREM2 突变会导致 TREM2 蛋白功能丧失，TREM2 是一种主要由小胶质细胞表达的受体。这种突变会影响小胶质细胞的行为，尤其是它们对 Aβ 斑块的反应。 对于 fAD 和 sAD，目前的治疗包括两种不同类型的药物治疗。一方面，胆碱酯酶抑制剂 (ChEI) 如多奈哌齐、卡巴拉汀和加兰他敏用于轻度、中度或重度 AD 痴呆 。ChEI 通过抑制乙酰胆碱酯酶的生物活性来改善认知症状，从而增加突触间隙中的乙酰胆碱水平，突触间隙是胆碱能神经元使用的一种神经递质，已被证明可以改善脑细胞的功能。响应率有所不同，大约三分之一的 AD 患者根本没有获益，而五分之一的人获益更大。同样，由于副作用，大约三分之一的患者不能耐受 CheIs 治疗方法。同时，在中度至重度 AD 病例中，患者服用美金刚胺，它抑制 N-甲基-D-天冬氨酸 (NMDA) 受体，因此可以防止神经元丢失，并通过恢复受损神经元来改善症状。相比之下，NMDA 受体拮抗剂的副作用比 CheI 少 。此外，一种名为石杉碱甲的营养保健品也被用作替代疗法；但是，它不受美国食品和药物管理局 (FDA) 的监管。值得注意的是，尽管当前的治疗在适当的时间使用有助于改善 AD 患者的生活质量，但它并没有改变疾病的病程或下降速度。它对 AD 的平均总体影响相对较小，并且不能改变潜在的神经退行性过程。 间充质干细胞（MSC） 作为替代治疗 干细胞是未分化的细胞，具有自我更新、从单个细胞增殖、分化成不同类型的细胞和组织的能力。这些细胞根据其来源可分为 4 组：胚胎干细胞 (ESC)、诱导多能干细胞 (iPSC) 以及胎儿和成体干细胞。 间充质干细胞是成体干细胞的一个例子，可以从各种组织中获得，包括骨髓、脂肪组织、骨骼、沃顿氏胶、脐带血和外周血。根据国际细胞治疗学会的定义，MSCs 的定义是表达簇分化 (CD)、CD90、CD73、CD105 和 CD44，而不表达 CD45 和 CD31 MSCs 在体内的正常功能包括迁移到损伤部位和参与修复过程。 与其他干细胞相比，MSCs 的分化潜能更优越，因为它们在某些生长因子的刺激下可以分化为神经元细胞、骨细胞、软骨细胞或脂肪细胞。此外，间充质干细胞分化成癌细胞的风险也很低，而且很少具有免疫原性。此外，间充质干细胞还具有迁移至损伤和缺氧部位、促进组织修复、减少细胞凋亡和促进血管生成的能力。 在 AD 模型中，Aβ 斑块、β-分泌酶和 tau 过度磷酸化的减少以及小胶质细胞炎症的逆转和抗炎细胞因子的刺激是假定在 MSC 治疗中具有治疗作用的机制之一。上调神经保护和下调促炎细胞因子也被证明具有免疫调节和抗炎作用 [26]。此外，MSC 分泌的神经营养因子已被证明能够刺激神经发生和突触发生，通过过度表达 IL-10 等神经保护细胞因子来改变免疫细胞反应，同时减少 TNF-α 和 IL-1β 等促炎细胞因子，增加吞噬活性小胶质细胞，改善新血管形成，克服由 Aβ 和 tau 诱导的细胞死亡，减少氧化应激和细胞凋亡，改变自噬途径，减少斑块大小。 分泌的MSC神经营养生长因子包括胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）、血管内皮生长因子（VEGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）、胰岛素样生长因子1（IGF-1）、神经生长因子（NGF） ) 和成纤维细胞生长因子 2 (FGF2) 。 MSCs 还被证明可以通过激活小胶质细胞来引发免疫反应，从而引发抗炎反应。他们还发现，小胶质细胞表型从经典激活变为交替激活，导致促炎细胞因子下降和抗炎细胞因子上升。此外，间充质干细胞还可以增强神经再生，因为它们能够分化成以促进再生而闻名的雪旺细胞样细胞。MSCs 还被证明通过分泌诱导轴突生长和干细胞分化成髓鞘细胞系的神经营养因子来促进神经再生。 然而，干细胞移植的具体机制作用尚不清楚。可能的理论包括损伤神经细胞的直接细胞替代、内源性干细胞的激活以及神经营养和神经保护因子的分泌以增加细胞存活。在这方面，研究表明旁分泌活性可能是关键的治疗机制，因为研究表明，MSC 衍生的条件培养基中的分泌物质，而不是细胞掺入，在体外和体内具有相当大的治疗效果。 MSC 衍生的微泡最初于 2009 年被提出在急性肾小管损伤模型中促进细胞增殖和增强肾小管上皮细胞的抗凋亡能力。越来越多的证据表明，MSC-exos 具有调节免疫、促进 Aβ 降解和改善神经损伤的能力。在这种情况下，MSC-exos 被认为是治疗 AD 的潜在选择。 临床研究 已经进行了许多临床试验来评估来自各种来源的 MSCS 在 AD 患者中的作用。在 ClinicalTrials.gov 上注册的评估 MSC 用于 AD 治疗的临床试验总结见下表 。 间充质干细胞在人类 AD 中的临床试验
一项 1 期临床试验评估了在轻度至中度 AD 患者中单次立体定向脑输注人 UCB-MSCs。3名受试者接受单次低剂量输注（3.0×106细胞/60 μL），6名受试者接受高剂量输注（6.0×106细胞/60 μL）。结果表明，单次注射人UCB-MSCs是安全的，耐受性良好，在两年的随访中没有造成严重的不良反应。 一项 1/2a 期试验评估了在 AD 受试者中每隔 4 周通过人 UCB-MSCs与安慰剂进行 3 次重复脑室内给药 (I.V.T.) 的安全性、剂量限制性毒性和探索性疗效。于 2019 年 12 月完成。该研究分为两个阶段，第 1 阶段包括剂量递增，其中 3 名受试者接受低剂量（1×107 个细胞/2 mL）和 6 名受试者接受高剂量（3×107 个细胞/2毫升）。另一方面，第 2 阶段由随机和多剂量队列平行设计组成，由 36 名个体组成，其中 24 名受试者接受上述浓度的高剂量，12 名接受安慰剂。所有组都接受了 3 次重复的 I.V.T。每隔 4 周通过 Ommaya 水库输注一次。该研究尚未公布结果。 目前正在进行一项旨在评估 Longeveron 间充质干细胞 (LMSCs) 在 AD 患者中的安全性和有效性的 1 期安慰剂对照临床试验。 单个外围 I.V.对 25 名受试者进行了输液。第 1 组（10 人）接受了 2000 万个 LMSC（低剂量），第 2 组（10 人）接受了 1 亿个 LMSC（高剂量），第 3 组（5 人）接受了安慰剂。为了评估输注的安全性，在治疗给药后的前 30 天内评估了任何治疗出现的严重不良事件的发生率。初步疗效由 ADAS-Cog、MMSE、NPI、GDS、宾夕法尼亚大学气味识别测试 (UPSIT)、ADCS-ADL、生活质量-阿尔茨海默病 (QOL-AD)、血液炎症和 AD 标准值的变化确定生物标志物、脑脊液炎症生物标志物、AD 的 CSF 生物标志物和使用 MRI 在基线、输注后 2、4、13、26、39 和 52 周计算的脑容量 。 关于 MSC-EVs 的给药，尽管临床前研究显示出有希望的潜在治疗效果，但尚未在 AD 患者中进行研究。截至 2021 年 5 月 31 日，一项正在招募参与者的临床试验将研究外泌体治疗 AD 的安全性和有效性。然而，正如科学家 Salem 等人所建议的那样，需要首先评估一些限制，包括 EV 的异质性、隔离和生产技术。 在查阅数据库后，现在在 www.clinicaltrials.gov 上列出了一项使用 MSC-exos 的临床试验。上海交通大学医学院的研究人员决定评估 MSC-exos 在轻度至中度痴呆患者中的安全性和有效性（NCT04388982）。该临床试验计划招募9名患者参与研究。患者将按计划通过鼻滴分别每周两次给予低、中和高（5 μg、10 μg、20 μg）MSC-exos三种剂量，持续12 周。在试验的初级阶段，将测量患者的肝或肾功能以及与治疗相关的不良事件。认知功能、生活质量和神经影像学将在第二阶段进行评估。虽然 MSC-exos 治疗 AD 的临床试验尚未完成，但在其他疾病中已证实有希望的结果（NCT03562715、NCT04356300 和 NCT04134676）。 令人鼓舞的是，MSC-exos 可以在 II/III 期临床试验研究中改善 III-IV 级慢性肾病（CKD）患者的炎症并改善肾功能。值得注意的是，在 1 年的随访期间，在受试者中未发现与 MSC-exos 给药相关的不良事件。此外，在伊斯法罕医科大学 (NCT03384433) 进行的临床试验中探索了 MSC-exos 对中风后的治疗效果。通过立体定向技术给予受试者转染miR-124的同种异体MSC-exos。在 1 年的随访期间，对受试者进行了与治疗相关的不良事件的监测，例如脑水肿、恶化的中风、中风复发和出血性转化。该研究于 2019 年 12 月完成，结果未公布。因此，基于其他疾病临床试验成功的经验，MSC-exos在AD临床试验中的结果是有希望的。 越来越多的证据表明，MSC-exos 具有卓越的安全性、抗炎作用、最小的免疫原性和低肿瘤形成的风险 。与 MSC 不同，外泌体不能复制，这有助于避免不受控制的分裂。外泌体的这一特性大大降低了增殖过程中肿瘤形成的风险。外泌体还可以避免细胞移植引起的突变和 DNA 损伤。由于纳米尺寸，MSC-exos 减少了血管阻塞的可能性，并且更容易穿过血脑屏障 。 此外，MSC-exos 的表面可以被修饰并利用成工程外泌体，它可以将配体与靶特异性细胞结合并逃避免疫反应 。MSC-exos 的低免疫原性使同种异体应用成为可能。工程外泌体可以增加靶器官的药物浓度，达到个性化治疗效果。从生产的角度来看，间充质干细胞（MSCs）具有多分化潜能的生物学特性，并且易于增殖和储存。此外，MSCs不仅可以产生大量的外泌体，而且可以保证组成不会发生明显变化，适合大规模生产。 更多有趣话题： |
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