人類神經(jīng)干細(xì)胞移植有潛力作為治療多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）疾病的候選藥物。 吉林中科干細(xì)胞純化了人類神經(jīng)干細(xì)胞，并開(kāi)??發(fā)了用于擴(kuò)增和儲(chǔ)存的培養(yǎng)條件，以保留其獨(dú)特的生物特性。這些人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞 (HuCNS-SC?) 的生物活性已在體外和體內(nèi)進(jìn)行了廣泛的分析。當(dāng)配制用于移植時(shí)，擴(kuò)增和冷凍保存的細(xì)胞庫(kù)保持其干細(xì)胞表型、自我更新并生成成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞，這些細(xì)胞通常存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中。

人類神經(jīng)干細(xì)胞的臨床轉(zhuǎn)化

在本概述中，描述了在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的三個(gè)組成部分（大腦、脊髓和眼睛）中追求神經(jīng)保護(hù)策略和臨床轉(zhuǎn)化的基本原理和支持?jǐn)?shù)據(jù)。

背景

吉林中科生物的成立宗旨是利用基于單克隆抗體的高速細(xì)胞分選技術(shù)平臺(tái)發(fā)現(xiàn)組織源性干細(xì)胞，該技術(shù)平臺(tái)以前用于純化造血干細(xì)胞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞。最近，該技術(shù)已被用于識(shí)別和純化其他組織干細(xì)胞，包括毛囊和皮膚、腸道、肌肉和癌癥干細(xì)胞。該技術(shù)還可應(yīng)用于源自胚胎或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的多能干細(xì)胞群的純化，以消除致畸前體。該公司采用這一策略前瞻性地純化其人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞 (HuCNS-SC?) 群體，以擴(kuò)展為神經(jīng)球和細(xì)胞庫(kù)。在本概述中，總結(jié)了臨床前數(shù)據(jù)，并提供了將這些細(xì)胞推進(jìn)涉及大腦、脊髓和眼睛的臨床試驗(yàn)的基本原理。

人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病再生醫(yī)學(xué)的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)是證明神經(jīng)發(fā)生發(fā)生在成人大腦中。這一發(fā)現(xiàn)，加上我們實(shí)驗(yàn)室和其他實(shí)驗(yàn)室對(duì)人類神經(jīng)干細(xì)胞的鑒定和擴(kuò)增，引發(fā)了大量研究神經(jīng)可塑性和再生的研究。雖然還處于早期階段，但越來(lái)越多的數(shù)據(jù)表明，人類神經(jīng)干細(xì)胞或其祖細(xì)胞有一天可能會(huì)修復(fù)或替換患病或受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）內(nèi)的細(xì)胞。

前瞻性鑒定、細(xì)胞庫(kù)的可重復(fù)擴(kuò)增以及冷凍保存的穩(wěn)定性促進(jìn)了 HuCNS-SC 向臨床測(cè)試的轉(zhuǎn)化。與一系列人類狀況相關(guān)的小動(dòng)物模型的可用性進(jìn)一步促進(jìn)了功效測(cè)試和潛在作用機(jī)制的研究。此外，過(guò)去將細(xì)胞和組織移植到帕金森病或亨廷頓病患者大腦中的經(jīng)驗(yàn)（在文中進(jìn)行了綜述）為中樞神經(jīng)系統(tǒng)相對(duì)免疫特權(quán)微環(huán)境中的同種異體長(zhǎng)期生存提供了見(jiàn)解，并鋪平了道路。用于神經(jīng)干和/或祖細(xì)胞產(chǎn)品的研究。

關(guān)于人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞

多個(gè)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)組織培養(yǎng)系統(tǒng)中的生長(zhǎng)和培養(yǎng)細(xì)胞命運(yùn)圖譜研究中的多譜系分化，證明了小鼠和人類神經(jīng)干細(xì)胞的存在。

2000年，StemCells, Inc. 的科學(xué)家純化了HuCNS-SC，一種成體組織特異性干細(xì)胞。每個(gè) HuCNS-SC 庫(kù)均采用來(lái)自單個(gè)胎兒腦組織（妊娠16至20周）的純化人類神經(jīng)干細(xì)胞創(chuàng)建，使用涉及細(xì)胞表面標(biāo)記單克隆抗體和高速細(xì)胞分選的分離方案。

該細(xì)胞表達(dá)高水平的CD133和低水平的CD24(CD133⁺/CD24^-/lo )，并且缺乏造血譜系標(biāo)記物CD45或CD34的表達(dá)。單個(gè)CD133⁺/CD34^–CD45 ^–分選的細(xì)胞可以自我更新，形成具有多潛能的神經(jīng)球，因此具有“干細(xì)胞”的資格。當(dāng)CD133⁺/CD24^{– /lo}細(xì)胞在規(guī)定條件下生長(zhǎng)時(shí)，就建立了長(zhǎng)期可擴(kuò)展的神經(jīng)球培養(yǎng)物。核型和形態(tài)穩(wěn)定性已通過(guò)十多次傳代和長(zhǎng)期培養(yǎng)得到證實(shí)。這種細(xì)胞分離和培養(yǎng)方法可以重復(fù)生成人類神經(jīng)干細(xì)胞庫(kù)。對(duì)于人類臨床應(yīng)用，腦組織是根據(jù)美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）的良好組織實(shí)踐要求，通過(guò)批準(zhǔn)的非營(yíng)利組織采購(gòu)機(jī)構(gòu)采購(gòu)的。

這些細(xì)胞的體外分化描繪了它們成為星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和不同神經(jīng)元亞型的多能性。當(dāng)通過(guò)刺激性培養(yǎng)基添加劑在體外誘導(dǎo)時(shí)，HuCNS-SC通過(guò)體外細(xì)胞功能的定量測(cè)定評(píng)估顯示遷移和吞噬活性顯著增加（圖1）。此外，對(duì)免疫缺陷小鼠模型大腦中的HuCNS-SC移植的體內(nèi)分析表明，這些細(xì)胞在腦室下區(qū)的神經(jīng)源性生態(tài)位中播種，緩慢分裂，并通過(guò)不同的門戶遷移，包括向嗅覺(jué)系統(tǒng)的頭側(cè)遷移流（圖2）。

長(zhǎng)期植入（>24周）以位點(diǎn)特異性方式顯示全球中樞神經(jīng)系統(tǒng)遷移和多譜系分化（星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元）（圖3）。這些體內(nèi)特征為啟動(dòng)特定人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的轉(zhuǎn)化研究奠定了基礎(chǔ)，如下所述。該公司打算開(kāi)發(fā)HuCNS-SC作為基于神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)元替代策略的特定CNS疾病的同種異體細(xì)胞療法。

培養(yǎng)中的人類細(xì)胞在特定的生長(zhǎng)因子條件下變成特定的神經(jīng)元亞型。

(A) Gabaergic（γ-氨基丁酸，GABA）；

(B)多巴胺能（酪氨酸羥化酶；TH)；

(C)膽堿能（膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶；ChAT）。

(D)分化的神經(jīng)元在體外成熟，如鉗記錄的電壓激活鈉和鉀電流所示。

(E,F) HuCNS-SC 還可分化為由神經(jīng)膠質(zhì)原纖維酸性蛋白 (GFAP;E) 定義的星形膠質(zhì)細(xì)胞或由標(biāo)記 O4 (F) 識(shí)別的少突膠質(zhì)細(xì)胞。在培養(yǎng)中，罕見(jiàn)的少突膠質(zhì)細(xì)胞可以成熟為髓鞘堿性蛋白（MBP）陽(yáng)性細(xì)胞（F 插圖）。

(G)熒光珠草坪的圖像，其中通過(guò)遷移/吞噬 HuCNS-SC 清除的珠子軌跡顯示為黑色，被細(xì)胞攝取的珠子顯示為亮點(diǎn)（上圖），以及藍(lán)色和鬼筆環(huán)肽染色細(xì)胞中珠子的合成圖像紅色（下面板）。位于清除軌跡區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞（下圖中的紅色）與上圖中吞噬珠的亮點(diǎn)共定位。

(H)使用高內(nèi)涵分析軟件對(duì)遷移區(qū)域（無(wú)熒光珠）進(jìn)行定量。胎牛血清 (FBS) 中的因子顯著增強(qiáng)遷移/吞噬活性，但會(huì)被肌動(dòng)蛋白聚合抑制試劑細(xì)胞松弛素 D (CytD) 阻斷。數(shù)據(jù)代表一式三份孔中的三次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

 (A)新生兒時(shí)移植有人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞 (HuCNS-SC) 的NOD-SCID小鼠大腦的矢狀切片。使用人類特異性單克隆抗體STEM121（棕色）通過(guò)免疫過(guò)氧化物酶染色檢測(cè)人類細(xì)胞，這表明大腦內(nèi)的長(zhǎng)期植入和整體遷移。移植到側(cè)腦室后，人類細(xì)胞主要駐留在室下區(qū)（SVZ）的神經(jīng)源性微環(huán)境中。觀察到從SVZ徑向遷移，包括通過(guò)頭端遷移流 (RMS) 到嗅球 (OB)。本地宿主信號(hào)定義了細(xì)胞的主要成熟結(jié)果。

(B) HuCNS-SC 分化為嗅球中的顆粒神經(jīng)元。

通過(guò)使用人類特異性抗體染色來(lái)檢測(cè)移植的HuCNS-SC或其后代。通過(guò)形態(tài)學(xué)或譜系標(biāo)記物的共染色來(lái)確定細(xì)胞譜系。

(A)觀察到人類星形膠質(zhì)細(xì)胞（STEM123、hGFAP，紅色）與小鼠血管（β-肌營(yíng)養(yǎng)不良聚糖，綠色）并列。

(B)人類少突膠質(zhì)細(xì)胞（Olig2；綠色；STEM121紅色）僅限于白質(zhì)區(qū)域，例如胼胝體。

(C)在嗅覺(jué)系統(tǒng)內(nèi)，人類細(xì)胞分化為具有長(zhǎng)軸突的顆粒神經(jīng)元（STEM121，紅色）。

疾病的目標(biāo)

治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病一直是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)藥物可以緩解一些癥狀，但很少改變病程或阻止進(jìn)展，特別是在神經(jīng)退行性疾病中。使用特定干細(xì)胞或祖細(xì)胞的再生醫(yī)學(xué)提供了防止進(jìn)一步細(xì)胞損失（即神經(jīng)保護(hù)）和/或替換受損或丟失的神經(jīng)元（即神經(jīng)元替代）的潛力。

此外，神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)元替代策略都可以用于治療慢性神經(jīng)退行性疾?。ɡ?，年齡相關(guān)性黃斑變性和阿爾茨海默?。┖瓦z傳性神經(jīng)退行性疾?。ɡ纾窠?jīng)元蠟質(zhì)脂褐質(zhì)沉著癥（Batten）、腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良（Pelizaeus-Merzbacher）），以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷（例如脊髓損傷 (SCI)、中風(fēng)和創(chuàng)傷性腦損傷）。嘗試治療帕金森病的神經(jīng)元細(xì)胞替代特別具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樾枰谔囟ㄎ恢没謴?fù)精確的神經(jīng)元類型，并適當(dāng)整合和連接到功能網(wǎng)絡(luò)中。因此，神經(jīng)保護(hù)策略被設(shè)想為首次使用人類神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行人體臨床研究的更容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。在這方面，吉林中科生物正在積極致力于測(cè)試HuCNS-SC的多種目標(biāo)適應(yīng)癥（表1）。

神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)元替代策略的疾病目標(biāo)

宿主細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)可通過(guò)多種機(jī)制實(shí)現(xiàn)，包括提供神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、血管生成因子、免疫調(diào)節(jié)因子和/或其他維持神經(jīng)元健康所需的蛋白質(zhì)。新的少突膠質(zhì)細(xì)胞的再髓鞘化也能保護(hù)宿主神經(jīng)元。神經(jīng)元替代策略旨在替代特定丟失或缺乏的細(xì)胞，如帕金森病。神經(jīng)干細(xì)胞的關(guān)鍵屬性–如自我更新以提供持續(xù)的因子生成細(xì)胞庫(kù)、全中樞神經(jīng)系統(tǒng)遷移特性以及形成新的正常神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞或少突膠質(zhì)細(xì)胞的天生能力–使其成為治療多種神經(jīng)退行性疾病的極具吸引力的新型療法。

結(jié)論

HuCNS-SC的轉(zhuǎn)化研究涉及這些細(xì)胞在大腦、脊髓和眼睛中的生物活性。迄今為止，特定動(dòng)物模型的臨床前研究已經(jīng)揭示了HuCNS-SC的生物學(xué)特性，與早期臨床研究中出現(xiàn)的人類數(shù)據(jù)相似。

最終證明對(duì)患者的效果需要對(duì)照研究，但這些試驗(yàn)的安全性和初步效果的初步結(jié)果為繼續(xù)進(jìn)行人體測(cè)試提供了理由。如果神經(jīng)干細(xì)胞移植在改變疾病進(jìn)展方面繼續(xù)顯示出有希望的臨床數(shù)據(jù)，那么這種方法可以為一系列具有挑戰(zhàn)性的神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供急需的新型治療方式。

參考資料：Tsukamoto A, Uchida N, Capela A, Gorba T, Huhn S. Clinical translation of human neural stem cells. Stem Cell Res Ther. 2013 Aug 29;4(4):102. doi: 10.1186/scrt313. PMID: 23987648; PMCID: PMC3854682.

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