Mesenchymal stem cell therapy (K-STEMCELL)

作为一种致病机制尚待明确的神经退行性疾病，阿尔茨海默病（AD）影响了全球约5000万人群，预计到2050年这一数字将增加至1.52亿。也因此，AD背后的临床需求颇受产业界重视。目前，7款AD药物获得FDA批准上市。它们根据作用机制的不同，可以分为胆碱酯酶抑制剂、NMDA受体拮抗剂和β-淀粉样蛋白抗体三大类。尤其是β-淀粉样蛋白抗体，尽管2021年Aduhelm的获批存在不小争议，但上个月Leqembi的完全批准，却令业界看到该类型药物的潜力。但需要指出，迄今为止所有的上市药物只能缓解症状，并不能阻止疾病进展。而这些仅有成果，乃是建立在巨大的投入基础上的——近十年来，全球累计在AD的研发投入超过6000亿美元。这些努力还有其他转化的可能吗？沿着该思路，干细胞在AD方面的探索逐渐涌现。并且，干细胞对神经细胞修复能力和神经炎症的抑制作用，或许从阻断AD病程的角度带来全新的市场空间，撬动治疗范式和行业格局转换。早在2018年，首款AD干细胞疗法在日本获批使用。而今年上半年，国内贝来生物申报的人脐带间充质干细胞（MSC）注射液治疗AD获批临床；7月，国内首个干细胞治疗AD的备案临床研究完成首例受试者入组治疗，所用干细胞制剂由生创精准提供。不过，即使8月刊发在Cell Reports上的最新研究进一步证实了干细胞与AD间的遐想，但业界似乎仍需要谨慎乐观。成为game-changer式的存在之前，干细胞尚需要跨过好几步。1AD遇到干细胞疗法解铃还须系铃人。对于AD一类的神经元退行性疾病，一些研究者选择从神经元入手，寻找弥补患者脑内神经元数量减少的办法，以此达到缓解甚至阻断此类疾病发展的目的。 正常人大脑与AD患者大脑的区别干细胞作为一类潜力巨大的细胞，具有自我更新和多向分化的能力，能够分化为神经元、星形胶质细胞以及少突胶质细胞等多种脑细胞，这无疑将成为它介入神经退行性疾病的契机。自1998年成功获得人胚胎干细胞后，业界开始尝试用干细胞治疗AD。发表在Neural Regen Res上的一篇文章表明，干细胞不仅可以替代丢失的神经元，其还能充当免疫调节剂和神经保护剂，证实了干细胞治疗将提供治愈神经退行性疾病的潜在机会。8月8日，Cell Reports上刊登的研究提供更新的数据。资料表明，移植造血干细胞和祖细胞可有效缓解AD小鼠模型的多种体征和症状，接受健康造血干细胞的小鼠表现出记忆和认知保留、神经炎症减少以及β-淀粉样蛋白积聚显著减少。该疗法的一个关键在于影响小胶质细胞，后者与AD的发生和进展有关。具体而言，持续的小胶质细胞炎症会导致炎症细胞因子、趋化因子和补体蛋白的释放，而这些将导致β-淀粉样蛋白增加。同时，在健康条件下，小胶质细胞还可以清除β-淀粉样蛋白斑块，而这一功能在AD患者中是受损的。β-淀粉样蛋白的双重叠加，会给其他脑细胞产生压力，包括影响血液流向大脑的内皮细胞。 造血干细胞和祖细胞移植减少AD小鼠大脑中β-淀粉样蛋白斑块减少（来源：Cell Reports） 此外，研究员还发现，将健康的野生型造血干细胞和祖细胞系统移植到AD小鼠之后，移植的细胞可以在其大脑中分化成小胶质细胞样细胞。简单来说，这是干细胞有效缓解AD的重要机制，降低β-淀粉样蛋白水平的同时，还可以重建神经微环境，有利于受损神经细胞的恢复，为临床应用提供思路。研究团队已为这种治疗方法申请相关专利，接下来将进一步探讨移植健康干细胞产生明显改善效果的具体作用机制，以及探索这种类似的抑制策略是否可以用于缓解人类AD患者。据了解，该团队可能会基于研究成员之一Stephanie Cherqui联合创办的Papillon Therapeutics，来推进相关工作。2产业界的“从0到1”经历过类风湿关节炎和特发性肺纤维化方面的突破，贝来生物终于如愿，将干细胞疗法推向AD的临床开发。5月，贝来生物曾透露，人脐带MSC的IND获国家药监局批准，这是本土首款得到受理的治疗AD的人脐带MSC药物。该公司希望，通过人脐带MSC强大的抗炎、免疫调节、淀粉样斑块清除、增强神经发生等多种功能，改善AD患者病情。来源：CDE官网 贝来生物的里程碑背后，是干细胞治疗AD走向产业化的长期探索一瞥。自2016年以来，iPSC和3D生物打印技术高速发展，催生出大量干细胞治疗AD的研究和临床试验。发表在Dementia And Geriatric Cognitive Disorders上的一篇文章指出，在2004年至2022年期间，有3428份报告关于干细胞治疗AD的研究趋势和发展。来自韩国的Nature Cell便是产业浪潮中的一员。2018年3月，该公司宣布，旗下干细胞研究机构Biostar在美国启动干细胞药物AstroStem的I/II期临床试验，通过静脉注射相应干细胞10次的方式来治疗AD——这成为干细胞治疗AD的标志性事件。而更大的划时代意义，发生在同年4月的日本。彼时，AstroStem获批在日本福冈三一诊所商业化使用，成为全球首款治疗AD的干细胞疗法。另一家同样步入临床阶段的药企Longeveron，面对干细胞治疗AD领域，旨在通过再生医学改善衰老健康问题。早在2021年，Longeveron推出的MSC疗法Lomecel-B完成I期研究。来源：Longeveron官网I期临床表明，与服用安慰剂相比，Lomecel-B可有效减缓轻度AD患者的疾病进展，包括减缓认知下降和日常生活能力丧失。在接受Lomecel-B治疗的一年内，高剂量组患者耐受性良好，没有发生严重不良事件。基于此结果，Longeveron正在推进相关II期研究。当然，也有一些Biotech选择从诱导性多能干细胞（iPSC）切入这一蓝海市场。既往研究提示，iPSC分化来源的MSC具有很高的自我更新与增殖能力，或许有助于其与成体MSC的产业应用拉开差距。美国细胞疗法公司GABAeron，正在这方面加速入局。2021年，GABAeron在国际干细胞研究学会和日本再生医学学会国际会议上，展示了旗下一款基于iPSC的FIS细胞治疗产品的信息，显示出在治疗AD以及其他具有中间神经元缺陷或缺失的神经系统疾病方面的潜力。来源：GABAeron官网 根据介绍，GABAeron开发的诱导iPSC来源的人中间神经元前体细胞，可以被成功移植并整合到小鼠大脑中，移植后的细胞可在体内成熟，并逆转与AD相关的海马网络功能障碍。GABAeron官网显示，该细胞产品目前还处于安全性、有效性评价阶段。目前，Clinical Trail的数据上注册的干细胞治疗AD的临床研究已有26项，其中不乏国内机构的身影，包括华南生物医学研究所干细胞与再生医学研究中心、北京血液干细胞移植中心、上海交通大学医学院附属瑞金医院等机构注册的临床试验项目。通过上述进展，我们多少可以把握到，市场对于干细胞治疗AD与日俱增的期待。3走上康庄大道之前AD可谓是人尽皆知的药物研发“坟场”。尽管前不久传出Alnylam和礼来AD药物的积极结果，Leqembi也意料之中拿到完全获批，可是过去20年来，神经退行性疾病的研究进展总体较为缓慢。面对这条荆棘之路，强生、辉瑞等MNC曾投下巨资高调入场，大多却折戟而返。干细胞疗法的出现，会令失意的药企重拾信心吗？当我们来到机会的另一面，一些问题同样徐徐展开。需要承认，干细胞用于临床治疗限制颇多。现阶段，干细胞治疗AD的成绩多限于动物模型，而动物试验和人体试验中的差异不可忽视。研究人员已经用50多种方法在转基因模型小鼠中进行干细胞移植，不过它们到了人体试验中并不乐观。此外，利用转基因模型小鼠进行研究本身具有局限性，因为大多数AD患者并不是家族性的。质言之，治疗AD的干细胞疗法需要在更高阶的生物类型中获得有效数据，啮齿动物与人类间的鸿沟，是该类研究的最大挑战之一。不单单是模型之别，在选择干细胞种类上，也存在诸多学问。MSC和iPSC之外，用于AD研究的主要干细胞类型，还包括神经元干细胞（NSC）、胚胎干细胞（ESC）等。NSC来源有限、异体移植存活率低；ESC涉及伦理问题、排斥反应且可能导致畸胎瘤产生；诱导人MSC细胞产生神经系细胞的技术尚不成熟；产生AD病人特异性的iPSC细胞效率低……这些各异的局限表明，选择最佳供体干细胞也是重中之重。从本质上说，干细胞治疗AD主要是通过替代AD患者脑补损伤或丢失的神经细胞，将干细胞移植到脑部特定受损部位，并诱导分化为各种细胞类型是治疗关键。问题是，AD发病机制复杂，患者脑区各部位都会产生损伤，选择干细胞的最佳移植位点困难不小。在这份问题清单上，业界还需要解决的关键问题，似乎还能无穷尽地列下去：长期安全性、最佳递送系统、了解供体细胞对致病AD环境的反应……然而，我们或许也不必太过担忧。新药研发本是“九死一生”的考验，当积累到足够多的基础研究，加上产业端的孵化，创新成果自然瓜熟蒂落。这个逻辑被小分子、抗体乃至CGT疗法证明着，干细胞治疗AD也不会例外。参考文献：1.Stem cell therapy rescues symptoms of Alzheimer's disease2.Mishra P, Silva A, Sharma J, Nguyen J, Pizzo DP, Hinz D, Sahoo D, Cherqui S. Rescue of Alzheimer's disease phenotype in a mouse model by transplantation of wild-type hematopoietic stem and progenitor cells. Cell Rep. 2023 Aug 8;42(8):112956. doi: 10.1016/j.celrep.2023.112956. Epub ahead of print. PMID: 37561625.3.干细胞注射液：治疗“阿尔茨海默病”获药监局临床试验默许4.全球首个干细胞治疗老年痴呆在日本诊所获批使用5.GABAeron官网6.阿尔茨海默症或可被治愈：这家美国加州细胞治疗公司的最新发现鼓舞人心7.Duncan T, Valenzuela M. Alzheimer's disease, dementia, and stem cell therapy. Stem Cell Res Ther. 2017 May 12;8(1):111. doi: 10.1186/s13287-017-0567-5. PMID: 28494803; PMCID: PMC5427593.

撰文：重庆医科大学 Krystal 专家审核：江苏大学附属医院 李晶 教授 日前，发表在《Neural Regen Res》杂志上文章阐述这样一个观点——干细胞治疗提供一个能够“治愈”神经退行性疾病的潜在机会。干细胞科技的发展，有望提高老年人的生活质量，实现健康的衰老，或者是实现“老而不衰”。 doi: 10.3969/j.issn.1673-5374.2012.23.009 2018年，治疗老年痴呆的间充质干细胞药物AstroStem获批在日本福冈三一诊所（TrinityClinic Fukuoka）商业化使用。开启了间充质干细胞帮助老年人“健康老去”的新征程。 神经退行性疾病是影响老年人生活质量的威胁因素。随着社会老龄化进程的加剧，诸如老年痴呆、帕金森等神经退行性疾病的患者人数日益剧增，带来了沉重的负担。神经退行性疾病是由于神经元之间连接中断导致神经元死亡而出现功能障碍的一组病症。 间充质干细胞是具有抗炎、抗凋亡和免疫调节特性的多能细胞。因此，人们普遍认为间充质干细胞具有治疗多种人类疾病的巨大潜力，干细胞的多能特性可用于补偿中枢神经系统中的神经元损失或损伤，有望作为改善神经元功能障碍的一种手段。 图1（来自文献[1]） 近年来，越来越多的科学文献探讨了干细胞治疗各种神经退行性疾病的潜力。今天我们就一起来看看，未来干细胞将如何帮助人们健康的老去，实现“老而不衰”。 干细胞被证明对老年痴呆的个体治疗有益 阿尔茨海默病（AD）是老年痴呆的一种，是一种起病隐匿、进展缓慢的进行性神经退行性疾病，常常导致老年人认知、记忆和学习逐渐功能障碍，对日常生活自主性产生巨大影响。 由于大脑中神经元的大量损失，目前针对阿尔茨海默病的疗法都不能有效获益，干细胞疗法被证明对阿尔兹海默症患者的个体治疗有益，尤其是那些不能从药物治疗中受益的患者[3]。 研究发现，通过直接和间接途径将间充质干细胞外泌体注射到AD模型小鼠脑内，可观察到小鼠皮质中Aβ水平、斑块负荷和营养不良神经突的数量的下降[4]。还有研究表明，与对照组相比，试验组小鼠模型的氧化损伤指标、炎性细胞因子和小胶质细胞标志物显著降低[5]。 近年来，临床前数据取得了可喜的结果，不过用于临床治疗还需要克服许多尚待解决的问题，干细胞治疗老年痴呆的人体临床试验仍处于起步阶段，从现有资料可以看出，干细胞治疗阿尔兹海默症的临床试验正在紧密开展中，相信未来会有更多的临床佐证。 干细胞改善帕金森病患者的运动障碍 帕金森病是影响老年人的最常见的慢性神经退行性疾病之一，由于多巴胺能神经元进行性退化，导致纹状体区域的多巴胺水平降低，从而导致运动迟缓、僵硬、静止性震颤和姿势不稳，以及认知改变，包括抑郁、痴呆、幻觉以及睡眠和感觉障碍。 尽管帕金森病的治疗取得了进展，但仍然不能完全治愈，并且全身给药会导致一些不良反应。干细胞疗法被证明可以减少PD动物模型中多巴胺消耗并重建受损的纹状体多巴胺能神经末梢网络[6]。同时，人体临床试验在帕金森病患者的侧脑室壁中进行了干细胞移植，结果表明患者部分功能恢复、运动障碍改善，并且没有报告不良反应。 干细胞治疗肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 肌萎缩侧索硬化症（ALS）又称渐冻症，是世界上最普遍的运动神经元退行性疾病，给社会带来沉重负担。肌萎缩侧索硬化症以严重运动神经元退化为特征，表现为肌肉退化、虚弱、肌束颤和痉挛等。鉴于干细胞具有可塑性和分化成各种神经元谱系的能力，干细胞疗法成为了肌萎缩侧索硬化症潜在替代疗法。当局部或全身移植干细胞时，干细胞可以迁移到与疾病相关的位点以发挥治疗作用。 一项临床前实验表明，干细胞移植可以明显延迟模型ALS小鼠运动神经元退化和延长其总体存活率[8]。多项临床试验表明，干细胞疗法在肌萎缩侧索硬化症中具有潜在的治疗效果，治疗机制主要是干细胞有助于驻留细胞存活和调节驻留细胞功能。 干细胞打开神经退行性疾病治疗的新大门 干细胞通过用外源性干细胞替代受损的神经元细胞来帮助组织恢复，并通过释放健康神经元的生物活性分子来形成神经保护环境。 干细胞的这些特殊特性为治疗严重神经退行性疾病打开了新的大门，干细胞技术的改进为目前缺乏有效药物治疗的几种神经退行性疾病开辟了新的治疗前景。目前，全球正在开展的干细胞治疗神经退行性疾病相关的临床试验日益增多，正在努力解决干细胞从实验到临床的障碍，从而真正让患者受益，帮助人们健康的老去。 参考文献： [1] Bonaventura, G., Munafò, A., Bellanca, C. M., La Cognata, V., Iemmolo, R., Attaguile, G. A., Di Mauro, R., Di Benedetto, G., Cantarella, G., Barcellona, M. L., Cavallaro, S., & Bernardini, R. (2021). Stem Cells: Innovative Therapeutic Options for Neurodegenerative Diseases?. Cells, 10(8), 1992. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.3390/cells10081992 [2] Rahman, M. M., Islam, M. R., Islam, M. T., Harun-Or-Rashid, M., Islam, M., Abdullah, S., Uddin, M. B., Das, S., Rahaman, M. S., Ahmed, M., Alhumaydhi, F. A., Emran, T. B., Mohamed, A. A., Faruque, M., Khandaker, M. U., & Mostafa-Hedeab, G. (2022). Stem Cell Transplantation Therapy and Neurological Disorders: Current Status and Future Perspectives. Biology, 11(1), 147. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.3390/biology11010147 [3] Yu, D. X., Marchetto, M. C., & Gage, F. H. (2013). Therapeutic translation of iPSCs for treating neurological disease. Cell stem cell, 12(6), 678–688. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.stem.2013.05.018 [4] Elia, C. A., Tamborini, M., Rasile, M., Desiato, G., Marchetti, S., Swuec, P., Mazzitelli, S., Clemente, F., Anselmo, A., Matteoli, M., Malosio, M. L., & Coco, S. (2019). Intracerebral Injection of Extracellular Vesicles from Mesenchymal Stem Cells Exerts Reduced Aβ Plaque Burden in Early Stages of a Preclinical Model of Alzheimer's Disease. Cells, 8(9), 1059. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.3390/cells8091059 [5] Li, B., Liu, J., Gu, G., Han, X., Zhang, Q., & Zhang, W. (2020). Impact of neural stem cell-derived extracellular vesicles on mitochondrial dysfunction, sirtuin 1 level, and synaptic deficits in Alzheimer's disease. Journal of neurochemistry, 154(5), 502–518. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1111/jnc.15001 [6] Sivandzade, F., & Cucullo, L. (2021). Regenerative Stem Cell Therapy for Neurodegenerative Diseases: An Overview. International journal of molecular sciences, 22(4), 2153. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.3390/ijms22042153 [7] Venkataramana, N. K., Kumar, S. K., Balaraju, S., Radhakrishnan, R. C., Bansal, A., Dixit, A., Rao, D. K., Das, M., Jan, M., Gupta, P. K., & Totey, S. M. (2010). Open-labeled study of unilateral autologous bone-marrow-derived mesenchymal stem cell transplantation in Parkinson's disease. Translational research : the journal of laboratory and clinical medicine, 155(2), 62–70. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.trsl.2009.07.006 [8] Chen, R., & Ende, N. (2000). The potential for the use of mononuclear cells from human umbilical cord blood in the treatment of amyotrophic lateral sclerosis in SOD1 mice. Journal of medicine, 31(1-2), 21–30.