中风和脊髓损伤的干细胞治疗显曙光
发布时间:2017-02-15 访问次数:

传统的观点认为,陈旧性脑损伤完全不可恢复。如中风、脑外伤和脊髓损伤导致受损脑神经元或神经纤维坏死,急性损伤后神经功能恢复窗口期最长不超过 6 个月。现在科学家掌握了干细胞治疗方法,或许能纠正这个旧观念,陈旧性脑损伤完全康复也有了希望。


SoniaOlea Coontz 在 31 岁中风,2 年后部分右侧肢体仍然瘫痪,她无法移动右手臂,口齿不清,需要乘坐轮椅。2013 年,Coontz 幸运地参加了一个小型干细胞治疗的临床试验,接受了脑组织局部干细胞注射后,她现在能举起自己右手臂过头顶,说话也变清楚了。她已经不需要轮椅,并在 36 岁怀上自己第一个孩子。Coontz 的主治医生,斯坦福大学神经外科主任 Gary Steinberg 说,Coontz 是干细胞治疗的“奇迹病人”。


一、神经干细胞治疗,作用机制还不清楚


动物实验结果表明,干细胞治疗能修复损伤的大脑和脊髓。但是人类和动物不同,许多动物实验结果理想的治疗药物和方法都无法对人类产生效果。关于干细胞治疗也存在类似问题,许多雄心勃勃的研究计划相继失败,关于干细胞治疗仍然存在许多没有回答的最基本问题,例如,如何正确使用干细胞?神经受损后何时使用干细胞治疗?干细胞治疗到底如何发挥作用的?


干细胞治疗仍然属于新兴研究领域,科学家不仅对脊髓损伤和中风后病理过程了解不够全面,对干细胞也了解不足。不过确实有许多象 Coontz 一样成功的案例故事。这表明,干细胞疗法确实能改善患者中枢神经功能的恢复,但是需要正确选择干细胞类型、选择合适的患者和合适的损伤。这些个别效果很好的患者让科学家重新燃起用干细胞帮助患者恢复瘫痪患者运动能力或中风后失语患者开口讲话的热情。


加州大学神经科学家 Mark Tuszynski 说,导致中枢神经系统再生困难的原因有很多,关键问题可能是神经瘢痕形成限制了神经组织的功能修复,由于中枢神经系统构造复杂,神经损伤后再生的神经纤维往往会产生错误连接,损伤局部也存在抑制神经再生的信号分子。南加州大学神经外科医生 Charles Yu Liu 说,神经组织损伤修复是非常难解决的问题,干细胞治疗提供了一种策略。


目前为止神经再生细胞疗法只有零星成功的现实让许多投资者和患者失望。临床上曾经用胎儿多巴胺神经元移植给帕金森病患者,以补充脑内坏死减少的多巴胺神经元。早期研究发现治疗效果不错,但是大规模研究治疗后有患者自述会带来不自主运动。也有试验发现中风患者治疗后出现了脑瘤。研究结果是喜忧参半,研究人员对干细胞成瘤性尤其忌讳。


近年来研究人员已经成功用干细胞培育发展成特定类型的细胞,如神经胶质细胞。Tuszynski 曾用动物模型证明人类干细胞是如何发挥作用。他的团队给严重脊髓损伤下肢瘫痪老鼠植入人胎儿神经干细胞,结果发现 7 周后细胞之间形成了连接,损伤缓解,动物恢复行走能力,他们使用的细胞来自马里兰州 Neuralstem 公司。他们表示,其他类型干细胞如成体干细胞也可以发挥同样作用。Tuszynski 见证过来自 86 岁健康志愿者的干细胞能让瘫痪动物站起行走。


哈佛干细胞研究所研究人员 Zhigang He 说,神经系统受损区只出现神经联系不能说明能修复神经组织。不在正确部位生长的轴突不一定有功能,神经纤维必须形成正确的神经回路才能具有功能。越来越多的证据表明,干细胞除了分化为神经组织外,也可能是通过提供修复损伤的环境因子,促进原来受损组织的自然修复能力,或防止损伤进一步加重。许多类型的神经干细胞分泌多种能促进神经再生的分子。Tuszynski 今年早些时候报道,用于治疗脊髓损伤的各类干细胞,无论是源自成体组织或胚胎,人类、老鼠或老鼠都具有促进原位神经再生的作用。不过这种策略转化到临床仍需要进一步研究。


二、神经干细胞治疗中风,初步临床效果让人欣慰


一旦患有中风或脊髓损伤,数周数月内开展的物理疗法 (理疗康复) 是功能恢复最好的寄托。大脑具有可塑性,能利用其他神经回路和神经通路来代偿损伤的神经功能。一旦急性炎症消退,许多患者开始功能恢复,但是恢复的机会比较短暂,大多数人只有 6 个月恢复窗口。Steinberg 说,中风 6 个月后很难继续有神经功能恢复,这也正是 Coontz 这种慢性中风患者有明显功能恢复的临床试验结果让人激动的原因,这可能会改变我们对神经功能康复的传统观念。Coontz 参加的临床试验有 18 个患者,所有患者都使用加州 SanBio 公司的干细胞,这些干细胞是骨髓间充质干细胞。这些细胞都进行了基因转染,可以改变他们的蛋白表达模式。在动物试验中发现,这些细胞能促进动物组织内干细胞迁移和生长。


这次临床试验主要是观察干细胞治疗的安全性和有效性,受试者都是缺血性中风患者。这种疾病是因为脑血管被血栓堵塞,脑组织血液供应被阻断,导致组织损伤。所有受试患者都是中风后 7 到 36 月,超过了 6 个月的功能恢复期。每个患者都注射了 2.5、5.0 或者 10 百万个干细胞,然后对这些患者进行 24 个月随访观察。12 个月的临时报道称,所有患者神经功能都有一定恢复,部分患者几乎完全恢复。


不知道的是,这些被注射的干细胞具体如何发挥作用。动物实验研究中,这种细胞并没有转化为神经元,而是向脑细胞释放了支持信号。这些细胞释放能促进新神经元、新血管生长和突触形成的生长因子。结果还提示,注射的干细胞并没有整合在脑内,大部分在 12 个月后坏死。大鼠实验结果发现,治疗后神经细胞连接能从大脑一侧延伸到对侧,甚至进入脊髓,这种效应在干细胞死亡后仍可继续存在。Steinberg 说,这种间接激活内源细胞的说法不足以说明 Coontz 这种一夜之间功能恢复的现象。一个有趣的假设是说注射针刺激产生的修复效应。这样猜测有一定道理,因为患者治疗后 1 周前运动皮层异常,1 月后消失。注射针造成的这种微小损伤和 12 月后患者恢复存在强相关关系。类似的效应也发现帕金森患者使用电极植入的情况,不过这种刺激只能短时间阻止震颤发作。中风患者能发生持续性效应可能是注射针和干细胞联合发挥了作用。


SanBio 干细胞的临床试验规模比较小,而且没有使用安慰剂对照,公司现在正在招募患者开展更大规模的二期临床试验,大约 156 个受试者参与,其中 2 / 3 接受细胞注射,另外 1 / 3 只给予假手术(注射培养基?)。参与试验的医生都不知道谁注射了细胞谁注射了培养基。受试者和组织试验者都不知道,这就属于典型的双盲。主要测定结果将用 Fugl-Meyer 运动功能评分法对患者治疗 6 月后到 18 个月运动技巧评分,另外也会测试患者的步态和灵巧度的变化。Steinberg 还计划研究微损伤对动物脑缺血损伤的作用。


三、神经干细胞治疗脊髓损伤暂时取得胜利


神经干细胞治疗脊髓损伤也初步显露希望。少突胶质细胞是形成中枢神经纤维髓鞘的细胞,加州 Asterias Biotherapeutics 干细胞公司提供少突胶质祖细胞。最近对高位脊髓损伤患者开展的少突胶质祖细胞治疗安全性和有效性临床试验完成,初步结果在 2016 年 9 月国际脊髓学会会议上进行了介绍。治疗 90 天后,4 名接受 10 百万个细胞的患者运动功能有改善,第 5 名患者尚未完成 90 天的预期观察时间。治疗 1 年后,3 名接受 2 百万个细胞治疗的患者运动技巧有改善。这些细胞开始是 Geron 公司开发的,但是该公司后来不再继续再生医学研究,2013 年将该业务转让给 Asterias。2013 年前 Geron 公司曾经开展低位脊髓损伤患者的安全性试验。FDA 最近授权该公司对新近脊髓损伤患者开展临床试验。Asterias 主要关注颈椎损伤的患者,颈椎比较接近大脑,这样新神经只需要比较短的路程更容易生长,实现目标相对容易。脊髓损伤的典型表现是损伤部位以下瘫痪。公司希望能让患者四肢运动功能恢复,这可是能解决高位截瘫患者自主生活能力的关键问题。


Asterias 至少在一名接受高剂量干细胞治疗的患者身上实现了这种希望,这名患者是 21 岁的 Kristopher Boesen,经过治疗后奇迹般康复。2016 年 3 月 Boesen 在一次车祸中汽车撞在一个电线杆损伤了颈椎。1 个月后,Boesen 仍然高位截瘫,神经功能康复也进入平台期。他的医生遇到 Asterias 研究项目负责人刘博士,于是 Boesen 立刻起身到洛杉矶参加了这个试验。刘博士很快给 Boesen 脊髓内注射了 Asterias 的干细胞,2 天后 Boesen 的手就可以活动,几个月后夏天,他的一个脚的脚趾也能活动了。


刘博士对 Boesen 效果非常激动,他说:“他本来四肢瘫痪,现在手能写字,双手可以举起重物,并可以打电话!有这样的效果是非常不寻常的,我简直都要从鞋子跳出来了。”但是他也明白这毕竟是一个小样本试验,Boesen 的反应也只能算是一个轶事报道。最终结论必需等大规模安慰剂对照临床试验结果。


目前正在招募 5 至 8 名患者开展另一项临床试验,这一试验将给更高剂量的 20 百万个细胞数量,Asterias 也同时在进行机制探索。该公司的首席科学官 Jane Lebkowski 说,我们将会对损伤进行结构学观察。曾经有证据表明功能恢复的患者有轴突能跨越损伤部位。临床前研究表明,注射细胞可能在局部释放化学信号,星形胶质细胞也可能在防治更多神经元损伤中发挥作用。


并不是所有的临床试验表现得一样好。SanBio 和 Asterias 是众多阴性结果中的少数获得阳性结果的试验。如加州 StemCells 公司 2016 年 5 月终止了干细胞治疗脊髓损伤二期临床试验,不久之后宣布将重组其业务。


四、是希望不是炒作


刘和 Steinberg 对干细胞疗法的热情比较保守,主要是不要给绝望的患者造成误解。瘫痪或有神经退行性疾病患者容易轻信肆无忌惮干细胞诊所,这些诊所使用一些干细胞疗法不仅是未经证实而且有风险。患者会说,医生拿我试试吧,不会让我变的更糟糕。


卫理公会康复中心研究员 Keith Tansey 说,“这些病人回说,‘去吧, 医生, 你不能使我变得更糟’,”不幸的是,事实并非如此。使用干细胞治疗如果没有进行规范的控制,可以带来慢性疼痛的后果,他接诊的一名脊髓损伤患者就发现脊髓内有两种来自不同个体的肿瘤细胞。干细胞是否能治愈中枢神经系统疾病有许多悬而未决的问题。例如如果注射干细胞是通过释放一些生长因子发挥作用,那么直接注射这些生长因子不是比干细胞更安全?不过科学家并不清楚细胞提供的多种支持信号的模式,因此这也需要深入研究。


Tansey 明白许多问题不是那么容易解决。每当完成一个研究,总会让人对问题的复杂性有进一步的理解。但是解决问题的最好办法是用谨慎监管的临床试验。动物实验只能解决部分问题,人类的神经系统是更大更复杂的系统。如果干细胞治疗确实能给 Coontz 和 Boesen 这样的患者带来治疗效果,恢复他们瘫痪的肢体,让他们有尊严地回归社会,即使只有一部分患者有作用,即使没有弄清楚具体的作用机理,使用干细胞治疗也是理所当然的。


但是必需有大规模双盲对照临床试验的结果才能让临床医生接受干细胞确实能治疗中风和脊髓损伤。刘和 Steinberg 当然也是希望见到这样的试验结果,他们对此有信心。


Neuroscience: New nerves for old

Katherine Bourzac Nature 540,S52–S54(08 December 2016)doi:10.1038/540S52a


来源:科学网 / 作者:孙学军


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