肌萎縮性側索硬化癥 (ALS) 是一種致命的神經(jīng)退行性疾?。u凍癥），其特征是進(jìn)行性肌肉麻痹，這是由運動(dòng)皮質(zhì)腦干和脊髓中的運動(dòng)神經(jīng)元退化決定的。ALS 的發(fā)病機制仍不清楚，盡管大量研究表明涉及幾種改變的信號通路，例如線(xiàn)粒體功能障礙、谷氨酸興奮性毒性、氧化應激和神經(jīng)炎癥。

迄今為止，所提出的治療策略針對的是這些改變中的一個(gè)或幾個(gè)，對ALS患者的病程和存活率的影響很小。ALS發(fā)病機制中不同機制的參與強調了針對多個(gè)方面的治療方法的必要性。間充質(zhì)干細胞 (MSC) 可以支持運動(dòng)神經(jīng)元和周?chē)毎?，減少炎癥，刺激組織再生并釋放生長(cháng)因子。在此基礎上，間充質(zhì)干細胞被提議作為治療漸凍癥的有前途的候選者。然而，由于細胞療法的缺點(diǎn)，干細胞釋放的細胞外囊泡 (EV) 的可能治療用途引起了越來(lái)越多的興趣。

意大利維羅納維羅納大學(xué)神經(jīng)科學(xué)、生物醫學(xué)和運動(dòng)科學(xué)系綜述總結了肌萎縮性側索硬化癥的主要病理機制和迄今為止提出的相關(guān)治療方法，重點(diǎn)是間充質(zhì)干細胞治療漸凍癥的臨床應用。此外，討論了EV的性質(zhì)和特征及其在概括干細胞作用中的作用，闡明了這些囊泡如何以及為什么可以為肌萎縮性側索硬化癥治療提供新的機會(huì )。MSC已被提議作為治療 ALS的有前途的候選者。

肌萎縮性側索硬化癥的發(fā)病機制

鑒定ALS中運動(dòng)神經(jīng)元退化的分子機制對于理解疾病進(jìn)展和開(kāi)發(fā)新的治療方法至關(guān)重要。盡管SOD1突變與ALS相關(guān)已有二十多年，但突變體SOD1的作用模式和隨后的神經(jīng)變性/神經(jīng)毒性的潛在機制仍不清楚。在這方面已經(jīng)提出了幾個(gè)假設，并且看起來(lái)可能是機制的組合，而不是單一的機制，導致了ALS的神經(jīng)變性，指向多因素的發(fā)病機制（圖1)。

圖1：肌萎縮側索硬化癥 (ALS) 的發(fā)病機制。該疾病的病理生理機制似乎是多因素的，有幾種機制導致神經(jīng)變性。

• 線(xiàn)粒體功能障礙：線(xiàn)粒體損傷是許多神經(jīng)退行性疾病的共同特征。
• 谷氨酸興奮性毒性：谷氨酸是中樞神經(jīng)系統 (CNS) 中的主要興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在突觸前末梢合成并擴散到突觸間隙，激活特定的突觸后受體并觸發(fā)動(dòng)作電位。
• 氧化應激：自由基或 ROS 是氧代謝的天然產(chǎn)物。當 ROS 的產(chǎn)生高于細胞去除它們的能力時(shí)，使用術(shù)語(yǔ)氧化應激。這導致 ROS 的積累，從而對細胞結構和大分子（例如蛋白質(zhì)、DNA 和 RNA）造成不可逆轉的損害。
• 蛋白質(zhì)聚集體：蛋白質(zhì)聚集體是許多神經(jīng)退行性疾病的病理學(xué)標志，例如阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥、亨廷頓舞蹈癥和肌萎縮側索硬化癥。
• 神經(jīng)絲的積累：NFs在細胞體和軸突中的積累和/或聚集，以及磷酸化NFs在細胞體中的異常定位是ALS的典型病理標志。
• 神經(jīng)炎癥：ALS和其他神經(jīng)退行性疾病的一個(gè)共同特征是神經(jīng)炎癥反應，其特征是神經(jīng)元損傷部位的小膠質(zhì)細胞活化、星形膠質(zhì)細胞增生和免疫細胞浸潤。

肌萎縮性側索硬化癥的治療方法

鑒于肌萎縮性側索硬化癥發(fā)病機制的復雜性，迄今為止還沒(méi)有有效的治療方法來(lái)治愈或顯著(zhù)改善患者的生活質(zhì)量。盡管如此，已經(jīng)提出了幾種治療策略來(lái)緩解漸凍癥患者的癥狀并改善其生活質(zhì)量。

藥物治療

1994年利魯唑被批準用于治療漸凍癥，但它只能延長(cháng)大約3個(gè)月的壽命。2017年，一種新藥依達拉奉在美國注冊。目前，利魯唑和依達拉奉(Radicava?)是唯一被FDA批準的治療藥物。雖然這些藥物對生存有一定的益處，但終不能實(shí)現逆轉或者治愈。

干細胞療法

干細胞正在成為神經(jīng)元替代和再生的一種有前途的治療方法，成為患有不同神經(jīng)退行性疾病（包括肌萎縮性側索硬化癥）的患者寄予厚望和期待的源泉。干細胞作為治療方法的使用引起了極大的興趣，因為它們能夠歸巢到受損部位，刺激組織修復和再生，并指導它們響應細胞外信號進(jìn)行分化。

干細胞是一組具有自我更新能力和分化成多種細胞類(lèi)型的細胞。它們通常分為兩大亞型： 胚胎干細胞 (ESC)，起源于囊胚的內細胞團，具有產(chǎn)生所有三個(gè)胚層的能力；成體干細胞，可以分化成不同器官的多種細胞類(lèi)型的特化細胞，通常由起源的胚層決定。在不同的干細胞類(lèi)型中，最常用于神經(jīng)系統疾病的是：ESC、神經(jīng)干細胞 (NSC)、MSC 和誘導多能干細胞 (iPSC)。干細胞的最佳來(lái)源應根據其生存、遷移至受損組織、移植和分化的生物學(xué)特性來(lái)選擇。

干細胞治療的主要目標是細胞替代和神經(jīng)保護。第一個(gè)目標將通過(guò)干細胞分化成與疾病有關(guān)的特定細胞亞型來(lái)實(shí)現，目的是替換死細胞。第二個(gè)目標涉及基于干細胞釋放營(yíng)養因子和去除神經(jīng)毒性分子的能力的干細胞的使用，在受損區域的微環(huán)境中提供局部支持，充當神經(jīng)保護者。

在用于治療神經(jīng)退行性疾病的不同類(lèi)型的干細胞中，間充質(zhì)干細胞作為有前途的候選者似乎引起了最高的興趣。MSC可以從多種胎兒和成人組織中分離出來(lái)，例如骨骼肌、胎盤(pán)、臍帶、血液和脂肪組織。脂肪組織越來(lái)越受到關(guān)注，因為它可以從吸脂術(shù)中大量獲得，從而允許脂肪來(lái)源的MSC (ASC) 的自體移植。

MSC的應用有幾個(gè)技術(shù)優(yōu)勢。首先，它們的分離是安全和容易的，它們在體外的擴增很簡(jiǎn)單，而且在體外和體內都證明它們可以分化成神經(jīng)樣、神經(jīng)膠質(zhì)樣和星形細胞樣細胞?？紤]到自體移植的可能性，MSC 對腫瘤變化的敏感性較低，并且不需要免疫抑制治療來(lái)防止排斥反應。此外，與其他干細胞一樣，移植和遷移后，MSC會(huì )被吸引到受損區域，在那里它們會(huì )增加神經(jīng)營(yíng)養因子的釋放。

干細胞移植治療漸凍癥的臨床試驗

在過(guò)去的幾年中，許多基于細胞的ALS臨床試驗都使用了MSC，并報告了MSC對ALS患者給藥的可行性、安全性和免疫學(xué)效果（表2)。

干細胞類(lèi)型	移植方式/細胞數量	試用狀態(tài)和詳細信息	參考
自體骨髓間充質(zhì)干細胞	椎管內（14–60×106個(gè)細胞）	該方法安全可行。一些患者表現出神經(jīng)肌電圖改善	德達等人(2009)
自體骨髓間充質(zhì)干細胞	鞘內（54.7×106±17.4×106個(gè)細胞） 靜脈內（23.4±6×106個(gè)細胞）	該方法安全、可行，并可立即產(chǎn)生免疫調節作用。I期完成，II期開(kāi)放以評估不同劑量細胞的初步效果	Karussis 等人(2010年)
自體骨髓間充質(zhì)干細胞	椎管內（15–110×106個(gè)細胞）	該方法安全可行，沒(méi)有毒性、不良事件或異常細胞生長(cháng)的跡象。第一階段完成；無(wú)長(cháng)期有害后果，但疾病進(jìn)展似乎并未減緩	馬志尼等人( 2010); 馬志尼等人。(2012)
自體骨髓間充質(zhì)干細胞	椎管內（138–602.87×10 6 個(gè)細胞）	該方法安全可行。尸檢后未發(fā)現衰退加速，脊髓運動(dòng)神經(jīng)元數量增加	布蘭克等人(2012)
自體骨髓間充質(zhì)干細胞	腦室內（1×106個(gè)細胞/kg）	該方法安全可行	貝克等人(2012)
自體骨髓間充質(zhì)干細胞	運動(dòng)皮層（2.5–7.5×105個(gè)細胞）	該方法安全可行，接受治療的患者具有更高的顯著(zhù)生存率	馬丁內斯等(2009); 馬丁內斯等。(2012)
自體BM-MSC和神經(jīng)誘導的MSC	靜脈內（42–102×106個(gè)細胞）和腰椎內（5–9.7×102×106個(gè)細胞）	該方法安全，延緩疾病進(jìn)展，提高患者生活質(zhì)量	Rushkevich等人(2015年)
自體骨髓間充質(zhì)干細胞	鞘內（1–2×106個(gè)細胞） 肌內（1–48×106個(gè)細胞）	該方法安全可行。I期完成，II期開(kāi)放以評估不同劑量細胞的初步效果	彼得魯等人( 2016 年)

然而，盡管干細胞介導的療法代表了一種治療ALS和其他神經(jīng)退行性疾病的新方法，但迄今為止，與安慰劑治療的對照相比，尚未獲得對疾病進(jìn)展的顯著(zhù)影響，并且在廣泛的臨床轉化之前需要解決關(guān)鍵問(wèn)題。

首先，有必要使用標準化協(xié)議確定細胞向CNS的輸送，并考慮給藥途徑、細胞劑量、時(shí)間和細胞注射次數。此外，鑒于干細胞的高增殖能力，應防止移植細胞的致癌轉化并避免其免疫排斥。

在證明只有一小部分注射的干細胞可以到達損傷部位、移植和分化后，干細胞的有益作用是間接的并且很可能取決于它們的旁分泌活動(dòng)的想法變得越來(lái)越普遍。干細胞產(chǎn)生大量含有細胞因子、趨化因子、生長(cháng)因子、蛋白質(zhì)和核酸的EV，并且可以對細胞產(chǎn)生顯著(zhù)影響，介導細胞間通訊。這些觀(guān)察結果導致了這樣的假設，即干細胞通過(guò)分泌EV發(fā)揮其有益作用，從而增強受損區域釋放其內容物的修復。因此，EV可以用作一種新型的無(wú)細胞治療方法，避免與使用細胞相關(guān)的所有風(fēng)險。

細胞外囊泡

細胞間通訊在多細胞生物中起著(zhù)重要作用。它可以通過(guò)細胞之間的直接接觸或通過(guò)分泌分子（例如生長(cháng)因子、趨化因子和細胞因子）來(lái)介導，從而對附近的細胞產(chǎn)生影響。在過(guò)去的幾十年中，提出了一種新的細胞通訊機制，涉及EV的細胞間轉移。這些囊泡代表了在細胞之間轉移膜和細胞質(zhì)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸的載體，成為細胞間微環(huán)境的組成部分，并在許多生理和病理過(guò)程中發(fā)揮作用。

外泌體的治療應用

由于外泌體和微泡可以遠距離傳遞生物信息，因此越來(lái)越多的人關(guān)注這些囊泡作為病理過(guò)程抑制因子的促進(jìn)劑。由于外泌體比微泡小并且能夠穿過(guò)血腦屏障，在這里我們將重點(diǎn)關(guān)注外泌體作為神經(jīng)退行性疾?。ɡ缂∥s性側索硬化癥、阿爾茨海默氏癥和帕金森氏?。┑臐撛谥委煿ぞ叩挠猛?/mark>。

越來(lái)越多的證據表明外泌體具有抗炎特性，可減少活化的炎癥小膠質(zhì)細胞的數量，支持少突膠質(zhì)細胞并保護神經(jīng)元。此外，鼻內注射的外泌體被迅速輸送到大腦，在那里它們可以被小膠質(zhì)細胞吸收。由于如上所述，神經(jīng)炎癥是神經(jīng)退行性疾病的共同特征，神經(jīng)炎癥反應的抑制和容易到達中樞神經(jīng)系統的可能性對于治療這些病癥非常重要。

使用外泌體治療神經(jīng)退行性疾病的越來(lái)越多的關(guān)注源于外泌體穿過(guò)血腦屏障的能力，血腦屏障是將腦實(shí)質(zhì)與中樞神經(jīng)系統中的循環(huán)血液分開(kāi)的生理屏障。如前所述，目前對神經(jīng)退行性疾病的治療通常是有癥狀的，不會(huì )阻止退化過(guò)程；治愈這些病癥的主要問(wèn)題是細胞和藥物無(wú)法穿過(guò)血腦屏障。最近的研究報告說(shuō)，與微泡不同，外泌體可以穿過(guò)血腦屏障：假設是外泌體被內皮細胞內化，并且通過(guò)釋放特定的貨物，它們影響細胞連接的完整性，增加細胞之間的滲透性并允許大量進(jìn)入中樞神經(jīng)系統中的囊泡，在那里他們可以發(fā)揮神經(jīng)保護作用（圖2)。

結論和未來(lái)展望

科學(xué)界對間充質(zhì)干細胞作為神經(jīng)退行性疾病的潛在治療方法的興趣是由于它們能夠遷移到受損組織、分化并促進(jìn)修復過(guò)程。除了這些特點(diǎn)，ASC也很容易獲得，可用于自體移植，避免可能的細胞排斥反應。這些特性使ASC 成為基于細胞替代和細胞分化的細胞療法的候選者。由于A(yíng)SC的有益作用可能是由于旁分泌活動(dòng)而不是它們的植入，因此科學(xué)界已將重點(diǎn)從細胞轉移到EV，由于其內容，EV可以重現ASC效應，并可能為用于治療ALS的非細胞療法。這種創(chuàng )新療法很容易轉移到ALS患者身上，因為EV將從自體ASC中獲得，并且會(huì )保留其來(lái)源的免疫特性，避免免疫原性反應。

鑒于EV可能應用于A(yíng)LS，囊泡需要穿過(guò)BBB才能到達損傷部位，并且在EV中，外泌體具有所需的特性。為了測試外泌體在A(yíng)LS中的作用，我們最近證明，在A(yíng)LS的體外模型中施用外泌體在氧化損傷后發(fā)揮神經(jīng)保護作用，支持外泌體可以概括和改善干細胞療法的神經(jīng)保護作用的觀(guān)點(diǎn)。

主要參考資料：

[1]:Bonafede R, Mariotti R. ALS Pathogenesis and Therapeutic Approaches: The Role of Mesenchymal Stem Cells and Extracellular Vesicles. Front Cell Neurosci. 2017 Mar 21;11:80. doi: 10.3389/fncel.2017.00080. PMID: 28377696; PMCID: PMC5359305.

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