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探索丨脂肪幹細胞調節神經退行性疾病

神經退行性疾病

是一類

神經元

功能減退、喪失為主的漸進性退行性疾病,如阿爾茨海默氏病(Alzheimer’s disease,AD)、

腦卒中

、帕金森氏病(Parkinson’sdisease,PD)等。這些疾病難以治癒,不但嚴重影響患者的生活質量,而且給患者親屬和社會帶來了很大的負擔。

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AD是與年齡和認知缺陷相關的神經退行性疾病,其他該型別疾病主要影響運動系統,包括 PD、多發性硬化症(MS)和脊髓小腦性共濟失調。

脂肪源性幹細胞(Adipose derived stem cells,ADSCs)是透過脂肪組織梯度離心篩分出來的幹細胞,以其多能性和分化為多種組織型別能力被作為熱門研究物件,並具有與其他來源的 MSCs 相似的免疫調節特性。由於其生物學特性,ADSCs 可以考慮用於細胞治療、神經再生方向。

在這篇文章中,我們主要總結ADSCs在神經性退行疾病中的研究進展,包括 AD、腦卒中、PD 等,以期待為幹細胞療法臨床應用提供參考。

1、ADSCs與阿爾茨海默氏病(AD)

幹細胞療法治療 AD 新策略值得深入研究。AD 是以腦皮質萎縮、澱粉樣斑塊沉積為特徵,且伴有認知能力下降的疾病。目前無有效治療 AD 的藥物和方法。

研究報道,在人 ADSCs(hADSCs)干預AD小鼠模型 Tg2576 轉基因(Tg)小鼠中,發現Tg小鼠學習、記憶功能顯著改善,Aβ 沉積減少,神經病理症狀得到有效緩解。此外,在 ADSCs 移植 Tg 小鼠腦中,內源性神經幹細胞增殖能力提高,突觸以及樹突狀態趨好,且 Tg 小鼠組織中 IL-10 和 VEGF 表達上調。

2013 年,Tuo 等研究發現 ADSCs 腦內移植可活化小膠質細胞並改善 AD 小鼠神經病理缺陷,移植 ADSCs 可降低 APP/PS1 小鼠腦腔內 Aβ 沉積,恢復學習記憶能力。ADSCs 移植後,海馬和皮質的小膠質細胞均被啟用,表現為促炎因子表達水平降低,抗體降解酶和 Neprilysin 表達水平升高。

2020 年,Ma X 等研究證實,ADSCs 來源的細胞外囊泡(ADSCs-duced EVS,EVS)可削弱 AD 小鼠神經元受損,促進神經再生,並強化記憶功能;可能涉及機制是 ADSCs 透過鼻腔給藥後,EVS 快速有效地到達腦內,並主要積聚在 CNS 裡,對 Aβ 寡聚體或穀氨酸誘發的神經元毒性有較強保護作用,有效改善 APP/PS1 轉基因小鼠全腦區神經損傷,顯著增加新生神經元數量,並抑制 APP/PS1 小鼠記憶障礙;同時 EVS也一定程度上減少了 Aβ 的沉積和小膠質細胞的啟用。所以 ADSCs 對治療 AD具有極大潛在應用價值,為神經保護、神經再生和減緩 AD 認知功能下降提供新的治療方案。

2、ADSCs與腦卒中

腦卒中是由於大腦血管破裂或堵塞,腦區域性血液迴圈障礙所導致的神經功能缺損綜合症,引起一系列相應腦部神經功能障礙。缺乏有效治療手段。

研究表明,在大腦中動脈阻塞(MCAO)大鼠模型中,靜脈注射自體 ADSCs,發現腦部梗死範圍、凋亡、氧化應激和炎症反應等方面均被抑制,神經功能逐漸恢復。

2011年 Yang 等研究大鼠 ADSCs 移植治療大鼠腦缺血的效果顯著,腦功能恢復程度高和大腦半球萎縮減少,還發現由大鼠脂肪組織中分離 ADSCs,經誘導分化可表達 Nestin、MAP2和GFAP 等因子。

2014年 Du 等在MCAO大鼠模型靜脈注射 ADSCs,缺血性腦損傷和梗死體積縮小。

2019年 Gong 等研究發現靜脈移植 hADSCs 對大鼠腦缺血損傷的保護作用,其機制可能透過刺激神經保護性 IL-6 及腦源性神經營養因子(BDNF)的表達而改善腦損傷。許多研究已經證明了ADSCs 對腦血管損傷的積極保護作用,所以ADSCs 是治療腦卒中的一種有效手段。

3、ADSCs 與肌萎縮側索硬化症-漸凍症(ALS)

ALS 是由脊髓、運動皮質上、腦幹下運動神經元損傷造成的神經元病,臨床上常表現為肌無力、肌束顫動、延髓麻痺。該病目前仍無法有效手段,ADSCs被認為是治療包括 ALS 在內的該型別疾病中的一種有潛在應用價值的藥物。

研究表明,ADSCs 可以分化為神經元細胞,可以調節 ALS 細胞表型,減輕超氧化物歧化酶 1(SOD1)聚集,降低細胞內 SOD1 水平,保護線粒體功能。ALS 模型小鼠靜脈注射 ADSCs 後,脊髓中神經營養因子(如 BDNF、IGF 和 VEGF)表達水平升高,細胞凋亡減少,膠質細胞源性神經營養因子、鹼性成纖維細胞生長因子顯著上調,表明 ADSCs 可能在神經保護和緩解症狀方面發揮作用。

ADSCs 處理 Tg 小鼠(SOD1-G93A 突變體),發現小鼠腰部運動神經元數量增加,GDNF、BFGF 水平升高。Epperly 等人最近的一項研究,提示在 Tg 小鼠體內移植 ADSCs 可透過產生細胞/生長因子發揮神經保護作用。

4、 ADSCs 與亨廷頓病(HD)

HD 是常染色體顯性突變引起的罕見遺傳性疾病,導致亨廷頓基因中三個核苷酸(CAG)異常擴增,棘神經元丟失和基底神經節病變的遲髮型神經退行性遺傳疾病,其特徵是肌肉協調缺陷、認知能力下降和精神障礙。亨廷頓病的臨床治療包括藥物和輔助治療,僅能緩解症狀,達不到完全治癒。

研究表明,將ADSCs 移植到 YAC128 亨廷頓病轉基因小鼠體內,其旁分泌的保護性因子能夠阻止細胞凋亡現象,改善動物模型中的行為缺陷。因此,ADSCs 可能減緩 HD動物模型的疾病進展,並可能成為治療 HD 的潛在治療手段。

5、ADSCss 與帕金森氏病(PD)

PD 是由黑質緻密部產生的多巴胺神經元退行性變引起。其標誌性特徵是 α-突觸核蛋白積累、多巴胺能神經元丟失、基底節、小腦和皮質之間連線通路損傷,以及運動和運動前皮質區域的低興奮性。有研究表明,ADSCs 條件培養基能阻斷 6-羥多巴胺(6-OHDA)誘導的大鼠中腦、小腦神經元的神經毒性和自由基的生成,並能直接減輕 H 2 O 2 誘導的神經元死亡。研究表明,ADSCs 植入到1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)單側損毀 PD 恆河猴模型,其具有保護受損神經元,替代凋亡神經元的作用。

6、 ADSCs 與脊髓損傷(SCI)

SCI 是由脊髓持續損傷引起,導致受損神經元功能喪失。將誘導 ADSCs移植到 SCI 損傷處,在 CNS 軸突上形成外周神經系統(PNS)型髓鞘。脊髓損傷後立即將 ADSCs 提取物(ADSCs-E)與 Matrigel 混合直接注入脊髓也可減少細胞凋亡、星形膠質細胞增生和降低髓鞘形成。ADSCs 可作為種子細胞用於 SCI的治療,軟骨素酶 ABC(ChABC)能分化脊髓受損後形成的膠質瘢痕中的硫痠軟骨素蛋白多糖,使幹細胞穿透瘢痕,加快神經效能恢復。

2016 年 Wu 等研究表明慢病毒載體轉染構建的 ChABC-ADSCs 能夠穩定表達ChABC,並且ChABC 的表達顯著增強了 ADSCs 的遷移能力。2020 年 Menezes 等研究發現在大鼠球囊壓迫損傷後,注射人脂肪組織來源基質幹細胞(hADSCs)或其培養液可誘導損傷部位周圍血管生成,促進脊髓損傷組織修復。

7 、ADSCs 與多發性硬化症(MS)

MS 是一類腦脊髓炎症性疾病。研究發現,使用 ADSCs 和間質血管分數對該疾病動物模型進行實驗,結果表明實驗性自身免疫性腦炎(EAE)脫髓鞘和病理特徵減少,EAE 得到改善,ADSC 明顯改善了運動功能和減輕炎症發生。

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展望

目前 ADSCs 療法,具有廣闊的應用前景,特別是對 AD、腦卒中、PD 等認知功能障礙治療方面佔有較大的實際應用優勢。利用 ADSCs 增殖和多向分化的能力,定向誘導其分化成為神經細胞、免疫細胞、心肌細胞等,應用於神經退行性疾病,可能是一種潛在有效的治療手段。但 ADSCs 干預治療 AD、腦卒中等神經系統疾病的分子機制尚未明確,其誘導後如何保證高效分泌保護性因子,值得進一步研究。總之,ADSCs 可能是治療 AD 等神經退行性疾病的一種有效手段。

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