干細胞醫學激動人心的進展——受損大腦有望修

“細胞療法讓我們能夠真正重建受損的大腦。”———本文作者、倫敦大學國王學院神經生物學家杰克·普萊斯

 

干細胞除了能發展成任何類型的細胞外，還可能有助于誘導恢復受損的大腦，增強大腦中風后的自我修復能力。

 

干細胞是一類具有自我復制能力的多潛能細胞，在一定條件下，它可以分化成人體所需要的任何類型的細胞。

 

隨著干細胞醫學的發展，科學家們又迎來了激動人心的時刻———干細胞被證明能夠做到以前認為不可能的事：修復和治愈受損的大腦。

 

也許用不了多久，細胞療法就能夠“誘導”生病的大腦自行修復并替代失去的細胞，而不再需要外來移植，這將催生真正的大腦再生醫學。

 

      伊芙琳·希爾頓和索尼婭·孔茨是兩位中風患者，伊芙琳已經依賴拐杖行走長達3年，索尼婭的右手臂也已癱瘓了6個多月。幾個月前，她們接受了一項新技術的臨床試驗———把干細胞直接注射到大腦中。現在，伊芙琳已經可以不需要拐杖，自己站立起來；而索尼婭的右手臂也被重新“喚醒”。

 

英國ReNeuron和美國SanBio兩家公司在I期臨床試驗中，使用干細胞療法改善了腦卒中患者的自主生活能力，這無疑是治愈受損大腦的一個重大進步。在今后幾年時間里，這種修復受損大腦的治療方法將有可能得到普及和推廣。

 

這無疑是干細胞醫學的一個激動人心的時刻。因為人體大部分組織都具備自我修復功能，只有腦損傷一直是不可逆的。成年人的大腦除了兩個很小區域之外，一旦受損，都不能重新長出新的神經元。

 

盡管大腦在受傷后短暫的窗口期內，會努力清除雜物碎片，重新開通大腦神經元的連接，恢復失去的一些功能；及時的藥物治療　(大腦受損的幾小時內)，也可以阻止大腦的進一步損傷。但即便如此，死亡的神經元不能死而復生，一直是一個殘酷的現實。

 

A恢復大腦功能的多種嘗試

 

通過移植新的細胞恢復大腦功能的設想，早在干細胞醫學誕生之前就有了。上世紀80年代，兩位患有帕金森病的瑞典患者接受了大腦細胞移植手術。移植細胞取自可產生多巴胺的腎上腺細胞，以多巴胺作為神經遞質，替代在帕金森病中失去的細胞。盡管腎上腺的位置在腎臟上方，遠離大腦，但也能制造多巴胺。研究人員的想法是，只要能得到所需要的多巴胺，而以什么樣的細胞來提供則并不重要。動物研究的初步結果令人鼓舞，但人體移植對于癥狀的改善幾乎沒有什么效果，因此，研究人員很快就放棄了對這種方法的嘗試。

 

另外一些研究人員嘗試使用從流產的胎兒身上提取的可產生多巴胺的神經細胞前體，雖然這種方法有倫理爭議，但由于植入的細胞更接近于帕金森癥患者失去的細胞，治療效果似乎更好。

 

在過去20年里，有將近100人接受了這種移植手術，隨訪研究表明，大多數情況下，移植的細胞都能夠存活下來，而且在手術20年后，患者仍然能夠通過這些移植細胞獲益。這似乎是我們在治療神經退行性疾病方面一直所期待的突破。曾有預測說，這種療法將在5年內得到廣泛推廣應用。

 

由于多種原因，這樣的預測并沒有如期發生。首先，更大規模的試驗結果顯示，總體而言，注入胎兒細胞的效果并不比注射安慰劑的對照組更好。更重要的是，年齡較大、病情較嚴重的病人在這種細胞移植手術中獲益最少。這種治療方法還存在著供體支持及倫理方面的問題。每個患者的移植手術都需要3-4個流產胎兒的供體支持，另外，很多人對這種治療方法都會感到心理上的不適。以上種種表明，這種方法不具備大規模推廣的實際可行性。

 

同樣，盡管經過了幾十年的實驗和動物研究，通過基因工程改造的酶產生多巴胺的研究還在繼續努力之中。總之，直到上世紀90年代初，用與失去腦細胞相近的細胞來代替受損腦細胞的研究一直未能獲得真正的成功。

 

幸運的是，自那以后越來越多的對干細胞的實驗室研究，給大腦細胞修復帶來了新的希望。如果患者的受損大腦能被數十萬可產生多巴胺的神經元重新替換，他們的癥狀就有可能得到極大緩解。而干細胞具有產生各種類型細胞的能力，有可能修復更多種類的腦損傷。

 

B干細胞釋放生長因子，賦予受損大腦重建能力

 

腦組織由許多不同類型的細胞組成，包括組織和血管。細胞更替的早期嘗試已表明，將新的細胞注入受損大腦，不會對大腦造成進一步傷害。關鍵的問題是，進入大腦后的干細胞是否能重建受損的大腦結構。

 

動物研究再次顯示大有希望。注射干細胞后，腦卒中患者的知覺和運動能力，出現了以前很少見到的恢復。之所以能產生這樣的效果，并不是因為死亡細胞和瀕死細胞被新的健康細胞所取代，盡管在某種程度上健康細胞確實取代了死亡和瀕死的細胞，但即使注入的干細胞還只處于未成熟狀態且根本沒有分化，它們仍然會有助于恢復。在許多情況下，植入的細胞存活的時間甚至不到幾個星期，但患者仍表現出明顯的恢復。

 

真正的原因似乎在于，注入的干細胞所釋放出來的生長因子和其他刺激大腦自愈的化學物質，可能給予受損大腦以重組和重建的能力。這些化學物質中有些還可起到促進免疫系統、減輕炎癥、幫助刺激血管生長的作用，這一切對于新修復的大腦健康都是至關重要的。事實上，生長因子在大腦修復中，扮演著甚至比細胞替代更重要的角色。

 

然而，到目前為止，沒有人對干細胞在大腦恢復中所起的作用有確切的了解，這也導致有人提出，即使它有效果，我們也不能確定是否要使用這種方法。一些研究人員認為，這么做是不道德的；而另一些人則認為，不這么做才是不道德的。

 

但無論是非曲直如何，臨床試驗還在繼續之中。過去2年里，英國ReNeuron公司和美國加州SanBio公司的I期臨床試驗表明，干細胞療法確實改善了腦卒中患者的自主生活能力。

 

ReNeuron公司在試驗中采用的是胚胎干細胞技術，一個神經干細胞可產生足夠治療數百例患者的細胞。SanBio公司采用的是另一種技術———從骨髓獲取細胞，并通過基因技術使干細胞保持其特性。

 

一旦細胞準備就緒，將它們送入大腦的技術就比較簡單了。先進行麻醉處理，然后在病人顱骨上鉆個孔，利用腦成像技術引導外科醫生將細胞漿體輕輕擠壓進大腦受損部位。這一過程已被證明相對安全和容易，大多數接受試驗手術的患者在1-2天內就可以出院回家。一些人報告稱出現暫時性的頭痛，有些人會有局部出血或積液，還有一名病人癲癇發作，這些可能與手術有關，但均沒有發現因細胞引起的安全問題。

 

盡管并不是所有的患者都像伊芙琳和索尼婭那樣取得了極為良好的治療效果，但多數人對四肢的控制有明顯改善，或有其他生活質量的改善，如震顫消失。盡管注入的細胞在注射后只存活了1個月左右，但患者癥狀的改善卻可以持續6個月之久。“我中風已經3年了，目前狀況仍在改善，”伊芙琳說，“雖然進步緩慢，但一直在好轉，對于接受了這個手術，我一點也不后悔。”

 

即使是微小的變化，對患者的生活也能產生極大的影響，例如，能夠移動一側肢體或僅僅是能夠動一下拇指，就意味著你可以不需要別人的幫助，自己打開瓶蓋。

 

這些成功為更大規模的臨床試驗奠定了基礎。SanBio公司正在為Ⅱ期臨床試驗招募患者。ReNeuron公司的Ⅱ期試驗中期報告也表明，這種治療方法很有前途，Ⅱ期試驗如果最終成功，在未來5年內有望推出干細胞治療中風的治療方案，但在獲得正式許可之前，仍需進行較大規模的對照試驗。

 

C再生醫學的轉折點

 

日本京都大學的山中伸彌教授在2006年發現的誘導多功能干細胞　(iPS細胞)，是實現這一目標的一個關鍵的轉折點。

 

山中伸彌的研究可讓成年細胞“時鐘倒流”，逆轉回到胚胎細胞時期。胚胎干細胞具有發育成長為身體中任何類型細胞的潛能，山中伸彌利用成人細胞結締組織誘導產生多功能干細胞　(iPS細胞)　的發明，為他贏得了2012年諾貝爾生理學或醫學獎。

 

山中伸彌的發現對于干細胞研究產生了重大的影響。任何人類細胞，包括血液、皮膚、頭發等，都將可能通過重新編程逆轉為干細胞。這一發現可立即緩解從人類胚胎中獲取干細胞存在倫理等問題的壓力，山中伸彌的iPS細胞很快成為再生醫學應用的首選細胞。

 

雖然離最后的成功還有一段路要走，但基于iPS細胞的治療方案的研究正在接近臨床試驗階段，并被視為細胞移植的未來。更重要的是，與現有細胞移植技術不同的是，iPS細胞可以從零開始創建新的組織。

 

如果放在10年前，這種想法聽起來簡直太瘋狂，但如今顯然有了更多可能的選擇。科學家甚至可以直接將一種細胞類型轉換為另一種細胞，而不需要通過干細胞。更妙的是，這種方法可以直接作用于大腦的受損部位。

 

2010年，加利福尼亞斯坦福大學的馬里烏斯？韋尼格和他的同事發現，僅僅調整3個基因的活性，就可以將結締組織中的一種細胞類型———纖維母細胞，轉變成為擁有完全功能的神經元。

 

2014年，德國慕尼黑大腦和思維神經科學中心的瑪佳萊娜？格茨和她的同事研究表明，只要改變2個基因的活性，就有可能將大腦中的膠質細胞轉化為神經元。一些膠質細胞具有干細胞的潛在能力，通過結合各種可能性因素，“誘導”顯現這些特性，就能夠給大腦以修復的機會。

 

關鍵在于特異性。神經元有許多不同的類型，比我們想象的要多得多。如果你想取代所失去的神經元，就需要找到合適的細胞類型來做這件事才行。那么，我們能找到合適的“配方”，來產生某種特定類型的神經元嗎？

 

目前還不能，但這個研究方向看起來很有希望。華盛頓大學的安德魯尤歐和他的研究團隊一直在研究如何才能產生一種非常特殊的神經元類型———亨廷頓氏病失去的原代細胞紋狀體棘狀神經元。他們的研究表明，精確定向的轉換是可行的。我們可以假設其他細胞類型也有類似的可能性，如果我們能發現每種類型細胞的特定代碼，那么細胞再生的可能性將會是巨大的，大腦修復將不再是夢。這一天的到來也許會比原先預計的五年時間更長，但可以相信，我們正在走向修復受損大腦的未來。