馬全紅

筆者的主要研究方向為AD與自閉癥，本文主要講述神經(jīng)干細胞在這兩種疾病中的治療與應(yīng)用。AD是一種神經(jīng)退行性疾病，其臨床癥狀主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)、記憶能力下降，后期會出現(xiàn)邏輯思考能力的下降，晚期則可能出現(xiàn)一定的語言障礙。AD存在兩種病理性標(biāo)志物，一個是位于細胞外的β淀粉斑塊，另一個是位于細胞內(nèi)的神經(jīng)纖維纏結(jié)，β淀粉斑塊主要由 β-淀粉樣蛋白 （amyloid β-protein，Aβ）積聚導(dǎo)致，神經(jīng)纖維纏結(jié)則是由Tau過度磷酸化形成。這兩種病理標(biāo)志物不僅是AD診斷的標(biāo)志，其過度積聚，特別是Aβ的過度積聚，還可以導(dǎo)致神經(jīng)炎癥、神經(jīng)退行性病變、突觸丟失及記憶丟失等一系列神經(jīng)癥狀。因此過去20年來，以Aβ為靶點的藥物是AD領(lǐng)域的主要研發(fā)內(nèi)容，但近幾年發(fā)現(xiàn)該類以Aβ為靶點的藥物臨床試驗在晚期都以失敗告終。有專家認(rèn)為導(dǎo)致的失敗的原因是藥物干預(yù)時間太晚，但研究表明，即使在早期就進行藥物干預(yù)，其結(jié)果亦是失敗的，因此人們開始考慮Aβ靶點藥物治療以外的治療策略。

干細胞移植在神經(jīng)退行性疾病的治療中展現(xiàn)了不錯的療效，目前神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域內(nèi)普遍性進行移植的干細胞種類包括誘導(dǎo)性多能干細胞、胚胎干細胞、間充質(zhì)干細胞和神經(jīng)干細胞。其主要移植機制：（1）細胞替代機制，移植的干細胞可直接在腦內(nèi)分化疾病缺損或丟失的神經(jīng)細胞；（2）旁分泌機制，移植的干細胞可以通過釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子起到細胞保護的作用；（3）促進內(nèi)源性干細胞再生；（4）可起到免疫調(diào)節(jié)的作用。移植干細胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的過程中有一些問題是需要注意的。首先，在腦內(nèi)存在多種亞型的神經(jīng)元，按功能分為興奮性錐體神經(jīng)元和抑制性中間神經(jīng)元，該兩類神經(jīng)元的數(shù)目需保持一定的比例，否則會造成興奮性/抑制性失衡，進而導(dǎo)致多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如AD、自閉癥、癲癇等，因此干細胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病時需要針對特異疾病受損或缺失的細胞類型。如果疾病屬于興奮性椎體神經(jīng)元缺失，那么移植入的神經(jīng)干細胞應(yīng)該主要針對缺失的興奮性椎體神經(jīng)元；如果是興奮性/抑制性神經(jīng)元失衡導(dǎo)致的疾病，則應(yīng)注意改善神經(jīng)疾病患者腦內(nèi)興奮性/抑制性神經(jīng)元失衡的狀況。

研究發(fā)現(xiàn)，AD患者發(fā)生癲癇的幾率高于正常人。對AD患者及AD模型小鼠進行腦電圖監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的興奮性均增加，即存在超興奮性。研究結(jié)果表明，AD模型小鼠出現(xiàn)癲癇樣棘波的頻率是明顯增加的。在前期的研究中，筆者對AD模型小鼠中間神經(jīng)元的數(shù)量進行檢測發(fā)現(xiàn)，雖然AD模型小鼠在4個月時就開始出現(xiàn)β淀粉斑塊，但其中間神經(jīng)元數(shù)量明顯減少并未出現(xiàn)在早期，而是發(fā)生在7 ～12個月時，且AD模型小鼠出現(xiàn)認(rèn)知障礙也是發(fā)生在7 ～12個月時。由此我們提出以下問題，AD患者腦內(nèi)的抑制性中間神經(jīng)元丟失是否是其認(rèn)知障礙的基礎(chǔ)？移植中間神經(jīng)元是否能改善AD患者的認(rèn)知障礙，尤其是疾病發(fā)展后期的認(rèn)知障礙？這一點是非常重要的，因為多數(shù)AD患者在確診時已經(jīng)在疾病發(fā)展后期了。

筆者通過對小鼠胚胎期的觀察發(fā)現(xiàn)，在小鼠側(cè)腦室背側(cè)存在一群神經(jīng)干細胞，主要產(chǎn)生腦內(nèi)興奮性的椎體神經(jīng)元；在小鼠側(cè)腦室腹側(cè)的神經(jīng)干細胞，則主要產(chǎn)生抑制性 γ-氨基丁酸（γ-amino-butyric acid，GABA）能中間神經(jīng)元。在實驗中我們將該部分的神經(jīng)干細胞進行分離和純化，外/內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起區(qū)（Lateral/medial ganglionic eminences，L/MGE）神經(jīng)干細胞的鑒定結(jié)果提示其可以分化為抑制性的中間神經(jīng)元。對L/MGE神經(jīng)干細胞分化能力檢測發(fā)現(xiàn)約70%的L/MGE神經(jīng)干細胞可分化為GABA能中間神經(jīng)元，約50%可分化為小白蛋白陽性的神經(jīng)元，說明L/MGE神經(jīng)干細胞是可以分化為GABA能中間神經(jīng)元的。將L/MGE神經(jīng)干細胞移植到7個月大的AD小鼠模型中，1周后經(jīng)染色發(fā)現(xiàn)L/MGE神經(jīng)干細胞在移植后是可以很好地存活的。筆者還對L/MGE神經(jīng)干細胞進行了遷移研究，發(fā)現(xiàn)1周后其在移植點附近并沒有很好地遷移，但在2個月后可觀察到L/MGE神經(jīng)干細胞很好地遷移到了海馬區(qū)周圍，說明L/MGE神經(jīng)干細胞具備良好的遷移能力。另外，移植后L/MGE神經(jīng)干細胞分化為各亞型的GABA能神經(jīng)元，移植后3個月，約60%的神經(jīng)干細胞分化為GABA能神經(jīng)元，20%的神經(jīng)干細胞分化為各亞型的GABA能中間神經(jīng)元。但研究發(fā)現(xiàn)，移植后的L/MGE神經(jīng)干細胞并不能分化為星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞，說明L/MGE神經(jīng)干細胞不具有分化膠質(zhì)細胞的能力。

那移植干細胞是否能改善AD模型小鼠的認(rèn)知障礙？筆者對此進行了一項重要試驗。AD模型小鼠在4個月時開始出現(xiàn)β淀粉斑塊，7個月時出現(xiàn)認(rèn)知障礙，同時出現(xiàn)中間神經(jīng)元的丟失。與其他研究不同的是，本研究未在4個月時對AD模型小鼠進行干預(yù)，而是在7個月其發(fā)展出嚴(yán)重的認(rèn)知障礙時進行L/MGE神經(jīng)干細胞的移植，因為本研究主要針對的AD晚期患者治療而進行的實驗。移植后2個月對AD模型小鼠進行行為學(xué)檢測，發(fā)現(xiàn)AD模型小鼠與正常小鼠在水迷宮實驗和新物體識別實驗中具有相同的行為學(xué)表現(xiàn)，提示L/MGE神經(jīng)干細胞移植可有效改善AD模型小鼠的認(rèn)知障礙。

那干細胞移植是通過何種機制來改善AD模型小鼠認(rèn)知障礙的呢？研究發(fā)現(xiàn)，移植L/MGE神經(jīng)干細胞并未改變AD模型小鼠腦內(nèi)β淀粉斑塊密度，移植后AD模型小鼠腦內(nèi)星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞的密度都沒有得到抑制，說明干細胞移植并不能改變AD模型小鼠腦內(nèi)的神經(jīng)炎癥。同時，研究發(fā)現(xiàn)移植L/MGE神經(jīng)干細胞對AD模型小鼠神經(jīng)突觸的密度也無太大影響。但檢測移植L/MGE神經(jīng)干細胞后AD模型小鼠的超興奮性，發(fā)現(xiàn)對比其之前癲癇樣棘波頻率明顯增加的表現(xiàn)，在干細胞移植后其癲癇樣棘波出現(xiàn)的頻率是明顯下降的，說明L/MGE神經(jīng)干細胞可有效改善AD模型小鼠腦內(nèi)的超興奮性。為進一步確定干細胞移植對認(rèn)知障礙的影響，筆者進行了一項長時程增強 （long term potentiation，LTP）相關(guān)的研究，這是利用電生理的方式反映小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力比較可靠的指標(biāo)。AD模型小鼠中的LTP是受到抑制的，但移植L/MGE神經(jīng)干細胞后，其LTP是明顯增加的，這說明移植L/MGE神經(jīng)干細胞能夠有效改善AD模型小鼠受抑制的LTP。

移植L/MGE神經(jīng)干細胞即使在AD發(fā)展的后期，腦內(nèi)依舊存在大量Aβ積聚情況下，仍能改善AD的認(rèn)知障礙。L/MGE神經(jīng)干細胞移植是通過改變AD腦內(nèi)的興奮性/抑制性失衡來改善AD的認(rèn)知障礙的。雖然大多AD患者的診斷發(fā)生在中晚期，但移植L/MGE神經(jīng)干細胞依舊是治療AD非常好的方案。同樣，筆者對自閉癥家族遺傳學(xué)篩選發(fā)現(xiàn)，TRIM32是自閉癥的危險性遺傳基因。自閉癥主要表現(xiàn)為社交障礙、重復(fù)性行為和狹窄興趣，常伴隨認(rèn)知能力損害、多動、癲癇和感知功能異常等癥狀。對小鼠行為學(xué)進行測試發(fā)現(xiàn)，TRIM32缺失可導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)社交障礙，同時導(dǎo)致L/MGE神經(jīng)干細胞增殖減少，GABA能神經(jīng)元產(chǎn)生障礙，最終造成GABA能中間能神經(jīng)元數(shù)量減少。通過電生理檢測發(fā)現(xiàn)，TRIM32缺失可導(dǎo)致GABA能抑制障礙，出現(xiàn)神經(jīng)超興奮性。而移植L/MGE神經(jīng)干細胞在TRIM32 KO小鼠腦內(nèi)可分化為各亞型的GABA能神經(jīng)元，改善TRIM32 KO小鼠腦內(nèi)的超興奮性及社交障礙。綜上，移植L/MGE神經(jīng)干細胞不僅可有效治療AD，其對自閉癥的治療效果也是非常好的。