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图 | AI
主编 | 摩西
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高纯度分化是干细胞治疗帕金森疾病的一大挑战，为了达成该目标，丹麦奥胡斯大学通过敲除干细胞中的四个转录因子，构建了谱系限制性未分化干细胞。相比常用人类胚胎干细胞（hESC）分化方案，它们能产生高比例、功能性的中脑多巴胺能神经元，并在动物研究中展现了更为优异的效果，为干细胞治疗帕金森病带来了新的机遇。
干细胞的“百变”能力，让许多以“缺失”为特性的疾病有了治愈的可能，
就如帕金森，人之所以会得帕金森，是因为黑质多巴胺能神经元的退化与死亡，这会导致纹状体多巴胺分泌不足，进而损害一个人活动、思考或调节情绪的能力。从此出发，如果我们能将干细胞衍化为多巴胺能神经元并移植给病人，是否就能替代原本丧失的神经元，完成疾病的救赎呢？
想象很美好，但现实却存在障碍。目前从人多能干细胞（hPSC）生成中脑多巴胺能（mesDA）神经元的分化方案并不完美，经过移植后通常只有少量mesDA存在。这种低纯度的转分化是目前干细胞治疗帕金森疾病的重大挑战。
为此，丹麦奥胡斯大学的研究人员通过敲除hPSC中的转录因子（GBX2和CDX1/2/4），构建了谱系限制性未分化干细胞（LR-USC），它们拥有更强地分化为mesDA神经元的潜力。在动物实验中，LR-USC也展现出比hESC更强、更持久的治疗能力，或为干细胞治疗帕金森病带来新的机遇。
△论文“增强谱系限制性人类未分化干细胞中脑多巴胺能神经元的产生”已发表于Nature子刊《Nature communications》（影响因子：16.6）之上
高纯度分化
干细胞治疗帕金森迎来新机遇
中脑多巴胺能（mesDA）神经元的生成是一个复杂且精细的过程。已知它从神经管的腹侧中脑发育而来，而能否让hPSC在体外“复现”其发育步骤是帕金森干细胞移植疗法的重要挑战。
然而，在现有的分化方案里，体内移植后mesDA神经元的总产量较低或变化很大，表明祖细胞群内存在异质性。
为了防止干细胞沿着非mesDA神经元谱系分化，奥胡斯大学的研究者采用了基因敲除的方式。他们专注于做出主要谱系选择的早期发育阶段，并确定了一些对谱系选择相当关键的转录因子——GBX2和CDX1/2/4——分别参与后脑与脊髓的早期特化。这些基因不参与mesDA神经元的发育，这意味着，靶向它们不但能防止干细胞转化为错误的细胞类型，还可以拓宽mesDA神经元的产生条件。
△分化为腹侧中脑祖细胞和mesDA神经元
于是，在敲除这些基因后，研究者得到了一类分化潜能受限的干细胞，它被命名为谱系限制性未分化干细胞（LR-USCs）。
那么，与hESC相比，它真的能产生更多的mesDA吗？
研究者开发了一种FACS面板来量化FOXA2/LMX1A/OTX2/EN1四倍阳性的细胞，以精确地识别尾部中脑底板（对于生成mesDA神经元至关重要），评估mesDA祖细胞的身份。对比组是最近在人体临床试验中批准的中脑分化方案，结果显示：69%的LR-USC成为真正的尾部中脑底板祖细胞，而hESC只有25%。
随后奥胡斯大学将LR-USCs移植到帕金森啮齿动物体内，体内组织学数据显示，这些细胞可以产生强大的mesDA神经元群，这与8周时观察到的快速运动恢复和18周后观察到的非药物行为恢复一致。
△移植到帕金森病大鼠模型中的后脑模式细胞的体内分析
而体内基准研究则表明，虽然hESC和LR-USCs都可以纠正苯丙胺旋转并产生多巴胺能神经元，但在临床相关的非药物行为测试中，LR-USCs产生的mesDA神经元群显著增加，并显著改善运动功能。
总体而言，与未编辑的品系相比，LR-USC能够限制不需要的谱系并产生高比例、功能性的mesDA神经元，为帕金森病的治疗带来了一种潜在的新方法。
论文通讯作者Mark Denham教授也表示：对于患者来说，这将减少其恢复所需时间，并降低复发和药物使用的风险。而我们的目标是帮助患者远离对药物治疗的依赖，这需要高纯度的多巴胺能神经元，以这项研究为基础，下一步我们将把方法推进到临床试验中。”
再生医学之光
或让人们不再害“帕”
距离詹姆斯·帕金森（James Parkinson）1817年发表《关于震颤麻痹的研究》已过去200多年，但帕金森病治疗依旧有限。
以治疗的“金标准”——左旋多巴为例。作为目前帕金森病药物治疗中相对有效的对症治疗药物，左旋多巴并不能“根治”帕金森，随着疾病进展和左旋多巴长期使用，很多患者甚至会产生运动并发症，包括症状波动和异动症。
与之相对的，是连年升高的患病人数，据预估我国帕金森人数到2030年将上升至500万人，几乎占到全球患病人数的一半。如此残酷的现状也催促着研究者们加紧研究的步伐。而在再生领域这条赛道上，已经涌现了诸多希望之光。
全球第一例使用自体iPSC衍生多巴胺能神经前体细胞改善帕金森的论文发布在2020年。
一位帕金森病史长达10年并已出现耐药性的患者接受了2次细胞移植手术，由干细胞衍生出来的多巴胺能神经前体被分别植入了患者大脑左半球和右半球壳核中，每次移植剂量为400万个细胞，而在移植2年后，这位患者的运动评估和生活质量都得到了很大改善。
△帕金森氏病相关运动功能和生活质量的纵向临床评估
瑞典skne大学在2023年左右给一位病人输入了700万个由干细胞衍生的多巴胺神经元，如今一年过去，曾经丧失嗅觉与运动能力的患者已经可以打高尔夫球，与狗狗一起奔跑玩耍，而以上这些都是在减少药物摄入后实现的，为无数帕金森病患者带来希望的曙光。
△skne大学医院干细胞移植的照片
同年，韩国CHA大学本当医学中心(CBMC)神经外科教授Kim Joo-pyung也发表了自己的干细胞研究成果，不同与前面提到的多能干细胞，此处运用的是异体来源的胎儿间充质干细胞以制造多巴胺神经前体细胞。
他们给15名70岁以下的患者移植了三种不同剂量的细胞（4×10^6，12×10^6，40×10^6细胞），在进行了12个月的随访后，研究者根据统一帕金森病评分量表(UPDRS)，发现所有三个组中旋前-旋后和手/臂运动表现显著增强(P < 0.05)，且12个月时，低剂量组的运动能力恢复效果为11.6%，中剂量组为26%，高剂量组为40%。此外，没有出现如出血、免疫排斥、炎症和肿瘤形成等副作用。
△移植前和移植后12个月时的正电子发射断层扫描（PET）FP-CIT评分
在一份份数据面前，我们能看到干细胞疗法在帕金森疾病治疗中的巨大前景，而无数研究者们正在攀登这座科学山峰，相信随着时间的推移，人类大脑中那浩如烟海的神经元们终将迎来可以再生的那一天。
Write in the last
写在最后
除了神经元，干细胞的“百变魔力”还有望让心肌细胞、胰岛细胞等无法再生的细胞重现，以拯救被心脑血管疾病、糖尿病等疾病损坏的器官与组织，对机体进行“灾后重建”。而这一崭新的道路也有望让众人迎来医学的下一轮革命，将人类寿命带入新的高度。
部分图片来自网络，侵删
参考资料：
[1] Enhanced production of mesencephalic dopaminergic neurons from lineage-restricted human undifferentiated stem cells. https://www.nature.com/articles/s41467-023-43471-0
[2] 中国帕金森病治疗指南（第四版）
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