概述：基于細胞的療法正在開發用于治療影響中樞神經系統（CNS）的各種神經退行性疾病。與此同時，遺傳和單細胞研究正在揭示單個細胞類型在神經退行性病理學中的作用。隨著人們對細胞對健康和疾病的貢獻有了更深入的了解，以及有前景的調節方法的出現，有效的治療性細胞產品正在出現。這篇綜述探討了從干細胞生成多種中樞神經系統細胞類型的能力，以及對細胞類型特異性功能和病理學的更深入了解，如何推動用于治療神經退行性疾病的細胞產品的臨床前開發。

如何進一步推進治療神經退行性疾病的細胞產品開發？

介紹

“干細胞研究是開發治療退行性疾病的關鍵，例如我和許多其他人都患有帕金森病和運動神經元病。”

史蒂芬·霍金

中樞神經系統（大腦、視網膜和脊髓）的神經退行性疾病影響所有年齡段。它們的范圍包括從兒童時期損害白質的先天性腦白質營養不良到隨著年齡增長而患病率增加的腦白質營養不良，例如阿爾茨海默病（AD）、帕金森病（PD）和年齡相關性黃斑變性（AMD）圖1）。精神疾病可能具有退行性成分，例如精神分裂癥，其特征是皮質灰質損失和患者加速衰老的跡象。一些神經退行性疾病很普遍，包括AD、AMD和PD，而其他疾病如亨廷頓病 (HD)、肌萎縮側索硬化癥 (ALS)、額顳葉癡呆 (FTD)、皮質基底綜合征 (CBS)、多系統萎縮癥 (MSA) 和進行性核上性麻痹（PSP）很少見。

這些疾病可能有遺傳、環境或復雜的病因。許多神經退行性疾病會發展為癡呆癥，預計到2050年，癡呆癥將影響全球約1.5億人，帶來10萬億美元的經濟負擔, 并給患者及其家人帶來難以估量的損失。盡管神經退行性疾病目前無法治愈，但對于某些人來說，可以通過治療來緩解癥狀。帕金森病就是一個很好的例子，左旋多巴給藥和深部腦刺激可以改善生活質量，盡管這些治療不能解決潛在的疾病及其不可避免的進展。

患者所經歷的癥狀主要與不同疾病中不同中樞神經系統區域發生的特定神經元和神經膠質細胞變性有關。

神經變性的特征是神經元的喪失，但通常涉及多種相互依存的細胞類型。一項具有里程碑意義的發現表明，漸凍人癥是運動神經元缺陷和星形膠質細胞非細胞自主性 “殺傷 “的結果，而小膠質細胞的活化會加劇這種 “殺傷”。神經病理學家對神經退行性疾病所特有的多細胞和多系統參與進行了大量研究。

然而，通過最近的遺傳和功能研究，我們現在可以前所未有地詳細了解每個細胞角色的因果關系。多篇出色的綜述介紹了特定神經退行性疾病的細胞療法，包括帕金森病、ALS、視網膜變性和多發性硬化癥（MS）。本綜述采用以細胞類型為中心的方法，重點介紹一些正在開發中的主要細胞產品，并強調對細胞亞型和狀態的進一步了解如何指導臨床前工作，以評估其治療神經退行性疾病的可行性。

開發用于臨床的細胞產品

現在，我們能夠從人類多能干細胞（hPSCs）中生成多種中樞神經系統細胞類型（圖2）。

通過將產品與人類中樞神經系統組織（從胎兒期到成年期）進行比較并確定相似程度，可確認細胞生產成功。特別是單細胞和單核RNA測序（sc/nucRNA-seq）方法徹底改變了我們測試分化方案是否能產生真實細胞產品的能力。小分子和生長因子引導hPSCs產生區域模式的神經祖細胞（NPC），然后產生特定的神經祖細胞，包括前腦、視網膜、中腦、脊髓、和整個神經系統中受神經退行性疾病影響的主要細胞類型（圖2）。

顯示所應用的關鍵分子以及生成細胞產品所需的大致時間的概述。

開發用于臨床的細胞產品應該注意哪些問題？

一般來說，與高度分化的細胞相比，不太成熟的細胞與宿主組織的整合和連接更好。這適用于例如多種神經細胞類型，例如多巴胺能神經元、少突膠質細胞、星形膠質細胞、和視網膜色素上皮(RPE)細胞。因此，在針對特定神經退行性適應癥設計最佳細胞療法時，考慮細胞階段非常重要。

神經退行性疾病的細胞移植策略通常旨在實現細胞的長期存活。因此，免疫排斥是一個重要的考慮因素。

開發基于干細胞的產品的途徑和標準（https://www.isscr.org/standards）正在完善，包括自體療法。

必須遵循嚴格的監管指南，例如美國FDA發布的指南。在開發用于移植的細胞產品時，需要一個強大的、符合GMP的細胞制造工藝。

產生足夠規模的臨床產品是一個重要的考慮因素。盡管一些CNS產品已經在低劑量下進行了測試（例如每個視網膜50,000個細胞用于RPE 細胞），但其他產品需要每個患者數百萬個細胞才能實現大量植入。此外，必須生產足夠的產品，以便能夠在臨床前階段進行動物試驗，并為臨床試驗提供細胞。
用于治療神經退行性疾病的細胞產品

01中腦多巴胺能神經元

在PD中，投射到紋狀體的腹側中腦 (VM) 黑質A9多巴胺能神經元退化，導致運動障礙。圖1）。將人類胎兒VM神經元移植到紋狀體中對部分PD患者顯示出長期益處。這些開創性的研究還強調了定義移植物中細胞類型的重要性，因為污染的血清素能神經元可能會引發運動障礙，使不自主運動衰弱。使用hPSC可以解決與胎兒來源相關的采購問題，并能夠大規模生產更一致的細胞產品。hPSC分化為VM細胞，產生富含A9的多巴胺能神經元，這些神經元在移植到動物體內后穩定且具有功能。

此外，移植細胞釋放多巴胺的光遺傳學控制調節了PD小鼠模型的運動改善，建立了移植功能。這項臨床前工作帶來了臨床級制造和IND申請以支持人類胚胎干細胞 (hESC) 衍生的多巴胺能細胞作為PD治療選擇的臨床試驗 ( NCT04802733 )。

已經建立了幾種方案，可產生基于多巴胺能神經元的移植物，可有效逆轉包括非人類靈長類動物在內的動物模型中的帕金森病癥狀。一般來說，祖細胞比成熟的VM神經元產生更有效的移植物，但祖細胞的類型可能很重要。通過將一種細胞產物的移植前轉錄組與移植結果相關聯，結果表明尾部VM的富集是有益的。定時暴露于FGF8b可增強尾部VM的產生，從而實現臨床級工藝的開發。

在全球范圍內，許多用于PD的細胞產品正處于或正在進行早期試驗，包括自體方法。國際PD細胞移植界認識到合作的好處，分享信息和研究結果：http://www.gforce-pd.com/。

02前腦GABA能中間神經元

前腦GABA能中間神經元抑制興奮性神經元活動并微調其輸出。憑借這一有前景的治療策略，hPSC衍生的MGE型GABA能中間神經元產品 (NRTX-1001) 最近進入了針對難治性顳葉癲癇患者的I/II期試驗 ( NCT05135091)。其他幾種具有神經退行性因素的疾病顯示GABA 能中間神經元功能受損，包括精神分裂癥和神經性疼痛。

此外，影響皮質的退行性疾病，例如AD和FTD，與癲癇樣現象和興奮性中毒有關，其中谷氨酸能神經元變得過度活躍并死亡。因此，在這些不同的疾病中，增加GABA能中間神經元功能可能具有治療作用，并且臨床試驗NCT05135091的進展以及尋求增加抑制性神經元活性的類似即將進行的試驗將受到密切關注。

03視網膜神經元和RPE

視網膜由神經視網膜和RPE細胞組成，RPE細胞是維持視網膜穩態、感光功能和視力的重要支持細胞。視網膜中央黃斑區的RPE細胞功能障礙和死亡是AMD的基礎，AMD是導致老年人失明的主要原因。其他神經退行性疾病主要直接影響神經視網膜，包括導致感光細胞死亡的色素性視網膜炎，以及殺死視網膜神經節細胞（RGC）（視網膜和大腦之間唯一的神經連接）的青光眼。幾種干細胞衍生的視網膜細胞產品正在開發中，以對抗視網膜變性（圖3）。

正在進行的研究示例以及使用干細胞衍生的視網膜細胞產品（單細胞類型和多細胞移植物）替代功能障礙的視網膜細胞的一些挑戰。

其他方法旨在用其他神經細胞類型或營養因子增強環境，以提高視網膜細胞的存活率。人類胎兒腦源性神經祖細胞產品CNS10-NPC正在測試用于視網膜色素變性患者的視網膜下注射 ( NCT04284293 )。JCyte已成功完成一項II期研究，將人類胎兒視網膜祖細胞注射到玻璃體中，釋放營養因子以預防色素性視網膜炎患者的感光器變性（NCT03073733）。視網膜下注射表達神經營養因子的基因療法可預防色素性視網膜炎患者視錐細胞死亡，目前正在進行臨床試驗（NCT05748873）。

正在進行的RPE替代臨床試驗使用hESCs、hiPSCs和成人尸體來源的RPE干細胞 （NCT04627428）作為起始細胞來源。目前主要有兩種視網膜下移植產品類型：RPE細胞懸液或工程支架上的RPE單層細胞，后者可能是永久性的，也可能是可生物降解的。視網膜下空間的免疫特權可能會受到疾病和創傷的損害，因此必須對自體和異體方法進行比較。

總體而言，早期RPE移植試驗表明該方法是安全的，并且對AMD患者有良好的療效。

04星形膠質細胞

星形膠質細胞分布在整個中樞神經系統中并發揮多種關鍵作用。它們支持神經元、突觸功能，調節大腦穩態、先天免疫、新陳代謝和血腦屏障 (BBB) 完整性。在疾病或損傷中，星形膠質細胞變得“反應性”，表現出復雜的形態和基因表達變化，以及分泌組和細胞間相互作用的改變，可能產生積極和消極的影響。

我們很早就認識到星形膠質細胞的異質性，這種異質性與其特定位置、形態、功能、年齡和疾病狀態有關，并且通過最近的sc/nucRNA-seq分析得到增強。在神經退行性疾病中，它們可能具有有益的作用，例如清除病理性tau和α-突觸核蛋白，但也有助于病理學，例如通過傳播有毒分子。特定的星形膠質細胞表型可以用于疾病診斷，例如，PSP中具有tau病理學的簇狀星形膠質細胞。對星形膠質細胞可以發揮有益作用的認識正在推動星形膠質細胞產品的開發，以治療多種神經退行性疾病，包括ALS、PD、HD和AD。

在中樞神經系統發育過程中，星形膠質細胞起源于多能NPC和神經干細胞 (NSC)，例如大腦皮層中的放射狀膠質細胞。NSC首先產生神經元，然后產生神經膠質祖細胞 (GCP)，從而產生星形膠質細胞和少突膠質細胞。源自胎兒人腦并注射到新生和成年小鼠體內的GCP在多種神經退行性疾病（如ALS和MS）模型中顯示出廣泛的星形膠質細胞整合并改善了結果。有趣的是，與類似的小鼠細胞相比，人類GPC及其衍生的星形膠質細胞支持增強的學習能力和可塑性，這表明人類星形膠質細胞具有更大的功能。

05小膠質細胞

小膠質細胞是中樞神經系統中的常駐巨噬細胞。它們遷移到發育早期的中樞神經系統中，在那里長壽并通過自我更新維持生命。小膠質細胞在中樞神經系統中瓦片狀分布，形成一個龐大的網絡，它能維持中樞神經系統的平衡，監視細胞碎片和感染性病原體，并參與反應和修復過程。

在神經退行性疾病中，小膠質細胞有益于碎片清除等過程，但也有助于病理學，例如通過傳播異常tau或α-突觸核蛋白。小膠質細胞受損可能是神經退行性疾病的基礎，例如由CSF1受體 (CSF1R) 突變引起的成人腦白質營養不良，這對小膠質細胞的生存很重要。

正在推動通過操縱小膠質細胞治療神經退行性疾病的方法（圖4）。鑒于TREM2與ALS、PD和FTD等其他神經退行性疾病的關聯，它可能被證明是一種有價值的多疾病治療方法。但同時也要認識到，TREM2的增加可能是病態的，因此需要精心制定治療方案。

對小膠質細胞對神經退行性病理學的貢獻的更多了解導致了針對小膠質細胞功能的生物制劑以及使用小膠質細胞或巨噬細胞的細胞替代策略。

06神經干細胞

神經干細胞構建中樞神經系統，產生多種類型的神經元和神經膠質細胞，并且似乎非常適合用于多種細胞丟失的疾病的替代療法。多項開創性的臨床研究測試了人類胎兒源性神經干細胞的神經系統疾病，如阿爾茨海默病、帕金森病、脊髓損傷、AMD和AD。

• 神經干細胞移植在神經退行性疾病中的研究進展

2013年，一篇發表在國際期刊雜志《干細胞研究》上的一篇名為“Clinical translation of human neural stem cells”文獻綜述表明神經干細胞移植被證明是安全的，并有積極療效的跡象。

轉染表達GDNF的人胎兒源NSC系可改善ALS 、SOD1大鼠模型中的運動神經元存活率和動物壽命，并在早期臨床試驗中證明安全性 ( NCT05306457 )。細胞輸送對于任何神經退行性疾病都是一個挑戰。通常，直接細胞注射是設想的初始途徑。多項研究表明，使用具有高α4β1整合素表達的NSC進行血管內給藥可能是有效的，并且在ALS小鼠模型中證明了其具有大腦滲透性和改善的結果。

目前正在對干細胞衍生的多巴胺能神經元治療帕金森病、RPE治療老年性視網膜病變和GABA能中間神經元治療癲癇進行積極的臨床評估。這些領域的進展包括對細胞產品和移植結果進行更深入的表征。目標是更好地定義CQA生物標志物，并針對特定適應癥生產改進或完善的產品。sc/nucRNA-seq等技術有利于這些臨床前研究，而且在實施跨平臺基準測試的幫助下，將來可能會被廣泛應用于生產和發布標準中。

展望未來，我們預計神經退行性疾病的臨床前研發管線將包括經過基因改造的細胞產品，使其具有彈性、減緩疾病進展、增強細胞功能或控制特定疾病適應癥的細胞狀態。

結論

通過對組織和干細胞衍生細胞進行深入表征，人們對單個腦細胞表型和狀態的了解不斷增加，這為神經細胞療法的開發提供了指導。我們有充分的理由相信，在快速轉化的過程中，以人類干細胞為基礎的產品將產生改變疾病的療法，改善目前無法治愈的神經退行性疾病患者的生活。

雖然存在挑戰，但迄今為止取得的進展令我們感到鼓舞，史蒂芬-霍金最后的致辭也激勵著我們要愛護我們的世界和未來：”要勇敢，要堅定，要克服困難。這是可以做到的”。

參考資料：Temple S. Advancing cell therapy for neurodegenerative diseases. Cell Stem Cell. 2023 May 4;30(5):512-529. doi: 10.1016/j.stem.2023.03.017. Epub 2023 Apr 20. PMID: 37084729; PMCID: PMC10201979.

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