npj Parkinsons Dis︱李天晴/季维智团队利用基因工程化间充质干细胞成功治疗帕金森疾病模型取得重要进展

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撰文︱李天晴，栗   楠

编辑︱王思珍，方以一

编辑︱王思珍

帕金森病（Parkinson's Disease，PD）是继肿瘤、心脑血管病之后中老年健康的“第三杀手”。随着人口老龄化发展，我国PD患者已接近四百万人，PD的高发病率和致残率严重威胁中老年人生命健康[1]。药物（L-DOPA）和脑深部电刺激术（DBS）是当前临床治疗PD的主要手段，但两类疗法均主要针对震颤等运动症状，而对于非运动症状，例如认知和情绪收效甚微。长期使用会带来明显的副作用以及后期会失去效果，并对患者和护理人员的生活质量和健康产生重大影响[1, 2]。开发出安全、有效、经济并适用广大PD患者的治疗方法一直以来是整个医疗领域的难题。

2022年12月22日，昆明理工大学灵长类转化医学研究院李天晴、季维智团队在npj Parkinson's Disease上发表了题为“Genetically engineered mesenchymal stem cells with dopamine synthesis for Parkinson’s disease in animal models”的文章，团队成员在长达8年的时间内开发出用于帕金森疾病（PD）治疗的可持久稳定分泌多巴胺的基因工程化间充质干细胞(DOPA-MSCs)，移植到大鼠和猴PD模型后，DOPA-MSC通过恢复纹状体多巴胺水平，实现中脑多巴胺环路的原位重建，并快速（2周左右）恢复急性和慢性PD猴模型的运动和非运动障碍缺陷。长达5年结果的评价证明了该方法治疗PD的安全性和有效性，为PD治疗提供了重要的新策略。

增加纹状体中的多巴胺浓度是PD最有效的治疗策略。补充L-DOPA可以缓解运动症状，但全身给药会刺激所有的多巴胺能系统（包括大脑），从而导致脱靶效应，长期用药可能会导致药物相关的副作用，如运动障碍、认知障碍和脱靶非运动症状[3-5]。DBS手术治疗可以改善PD患者的生活质量，降低药物成本和运动并发症，然而手术仅适用于少数患者、费用昂贵且对非运动症状收效甚微[2, 6]。虽然基因疗法通过病毒载体传递多巴胺合成的关键基因是治疗PD的一种潜在临床方法，但带来许多重要的有效性和安全性问题[7, 8]。一个重要的限制因素是很难精确地评估和控制纹状体中的哪些细胞或多少细胞可以被传递的病毒成功感染，这使我们无法精确地控制合成多巴胺所需的转基因表达量。此外，通过干细胞分化的多巴胺神经元或前体细胞替换PD中死亡的多巴胺神经元是治疗PD的另一种潜在策略，然而该方法存在明显的局限性，包括移植细胞的低存活率，需较长时间才能整合到宿主神经回路，移植效果存在波动性以及非特异性细胞的移植带来的安全性问题[9]。这些局限性使得这些细胞移植在临床上的疗效变得难以控制。为了精确递送多巴胺神经递质到纹状体局部部位，团队成员开发出一种新的策略，即首先在体外通过基因工程方法获得稳定合成多巴胺神经递质的工程化MSCs（DOPA-MSC），然后移植后可在纹状体持久、连续、稳定地分泌多巴胺（图1）。该细胞的安全性、生物特性以及标准化制备能在移植前得到充分评估，因此该策略可为PD的治疗提供稳定且可重复的“现成”细胞源。

图1 稳定分泌多巴胺的多巴胺间充质干细胞的建立

（图源：Jun Li, et al., npj Parkinson's Disease, 2022）

间充质干细胞（MSCs）细胞来源简单，免疫排斥和肿瘤发生反应发生率低，不良反应和相关并发症少[10]，MSCs的这些特点使其表现出在临床应用中的巨大潜力。既往研究表明PD与炎症相关，包括星形胶质细胞增生和小胶质细胞增生[11, 12]，MSC通过抗炎作用对多巴胺能神经元具有神经保护作用[13, 14]。此外，MSC可通过抑制α-synuclein的传递并保护神经元免于凋亡[15, 16]。研究人员充分结合MSCs与基因治疗的显著优势，开发出工程化出DOPA-MSCs，移植前广泛评估细胞的安全性和生物学特性。由于PD患者复杂的发病机制和显著的个体间变异，一种动物模型不能很好地反映细胞移植的广泛有效性。因此，团队成员系统评估了DOPA-MSC在PD大鼠模型以及急性和慢性PD猴模型中的功能。此外，在移植前，团队成员预留了足够的时间来稳定症状（急性模型为6个月，慢性模型为18个月），排除自发恢复的可能性，使研究能够客观的反映出细胞移植对PD各种症状的改善。研究人员通过评估发现，移植到纹状体的DOPA-MSC可以通过恢复多巴胺浓度，在PD大鼠和猴子中安全地长期纠正运动缺陷、精细运动以及包括认知和情绪在内的非运动障碍。100%的PD猴子，甚至重度的PD猴（完全失去自我运动和进食的功能），在一次移植后临床症状表现出显著的（PD评分恢复率为60-90%）恢复效果，快速（2-4周）和长达5年的有效性证明了DOPA-MSC在非人灵长类动物PD模型中的长期疗效和安全性，显示出DOPA-MSC在未来PD临床治疗应用中的巨大潜力（图2）。

图2. DOPA-MSC移植长时间显著改善双侧侧脑室MPP+诱导的慢性PD猴运动缺陷

（图源：Jun Li, et al., npj Parkinson's Disease, 2022）

研究人员发现，与分化DA神经元或祖细胞移植到纹状体后6周[17]或6个月的轻度或轻微改善[18-20]相比，本项研究的移植策略起效更快，并在一个月(2-4周)内产生显著的治疗效果。这一特点对于重症PD患者无疑是一个重要的优势。研究人员还发现PD猴的细胞移植结果与疾病状态之间存在关系。这一发现反映了个体间病变程度、植入效率和PD症状表现的较大差异。其中颈动脉MPTP-1和侧脑室MPP+-1猴表现出非常严重的PD症状，其整体运动功能和自食能力几乎完全丧失。DOPA-MSC移植后两只PD症状严重的猴子不再需要人工护理，可以自我进食，它们的PD症状在长期内明显缓解。有趣的是，研究人员发现静脉输注DOPA-MSC可以显著缓解PD猴子的运动障碍和食欲。总之，这些结果表明DOPA-MSCs可能为PD患者，包括晚期患者提供重要的临床益处。

文章结论与讨论，启发与展望

总之，本研究的结果有力地支持了工程化的DOPA-MSC移植在不同模型中的显著治疗效果。由于该治疗策略具以下显著优势：1）工程化细胞的安全性可在移植前进行充分的评估；2）平均每个移植细胞分泌的多巴胺神经递质是稳定的，因此能确保每次移植细胞产生多巴胺神经递质的含量，进行定量评估；3）可实现细胞的规模化和标准化扩增以及建立稳定的质控体系，进行细胞药物的开发；4）治疗结果稳定、费用低，可实现让所有帕金森病人（包括重症）获得治疗的目的；5）移植结果在2周内发挥功能，有利于临床医生评价其移植效果，减少临床费用。因此，研究结果将有助于推动利用基因工程化干细胞治疗难治性PD的临床转化。未来，研究团队将进一步优化最佳的基因工程化细胞，并充分利用非人类灵长类动物PD模型，搭建临床转化方案，推动该工程细胞的临床转化。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41531-022-00440-6

昆明理工大学灵长类转化医学研究院助理研究员李俊、昆明理工大学灵长类转化医学研究院博士研究生栗楠以及昆明理工大学灵长类转化医学研究院讲师魏景宽博士为论文共同第一作者，昆明理工大学灵长类转化医学研究院李天晴教授为本文通讯作者。本研究得到科技部重点研发计划和云南省科技厅专项经费等资助。审稿人给予了该文章较高评价，认为“该文章是对帕金森病细胞治疗领域的重要贡献”。该方法目前已申报了国家专利。

第一作者：李俊（左一），栗楠（左二），魏景宽（右二）；通讯作者：李天晴（右一）

（照片提供自李天晴实验室）

李天晴团队

（照片提供自李天晴实验室）

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参考文献（上下滑动阅读） 

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