人骨髓間質(zhì)干細胞移植治療ALS模型鼠的實驗研究.pdf

1、肌萎縮側(cè)索硬化癥(Amyotrophic lateral sclerosis，ALS)是一種選擇性侵犯運動神經(jīng)元，以運動皮質(zhì)、腦干和脊髓運動神經(jīng)元變性、丟失為主要病理特點，引起進行性肢體癱瘓和肌肉萎縮的致命性神經(jīng)系統(tǒng)變性病。中年男性多見，患者表現(xiàn)為慢性進行性肌肉無力、肌肉萎縮、肌肉跳動、腱反射亢進、病理征陽性等癥狀和體征，一般不影響感覺系統(tǒng)和認知功能。通常起病3．5年后因呼吸衰竭死亡。目前發(fā)病機制不明，大約10﹪ALS為家族性(FALS

2、)，其中20﹪由編碼銅鋅超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD1)的基因突變所致，SOD1基因突變種類已逾120種。目前已建立了幾種表達突變?nèi)薙ODl(hmSOD1)基因的轉(zhuǎn)基因模型鼠，國際上應(yīng)用比較廣泛的是SOD1-G93A轉(zhuǎn)基因鼠，該小鼠模型具有和人類ALS疾病相似的臨床表現(xiàn)和病理特征。mSOD1的致病機制尚不明確，可能的機制包括異常蛋白聚集物的形成、氧化應(yīng)激、線粒體功能異常、神經(jīng)絲蛋白異常磷酸化、興奮性氨

3、基酸毒性、凋亡和炎性級聯(lián)反應(yīng)等。 目前ALS的治療措施包括藥物治療、基因治療和細胞治療。大多數(shù)的研究建立在臨床前動物模型上，治療的靶點主要是針對ALS致病機制中的不同環(huán)節(jié)。除了力如太以外，在模型鼠中表明有效的藥物治療在臨床試驗中均沒有得到預(yù)期的療效。由于多種作用機制、多種細胞和細胞間的相互作用參與了ALS的發(fā)病，并無證據(jù)顯示哪種機制占主要地位，因此應(yīng)用單一藥物效果不佳，有效的ALS治療策略應(yīng)盡可能的兼顧各個環(huán)節(jié)，聯(lián)合用藥。基因治

4、療也因缺乏明確的治療靶點而效果不佳，并且因為病毒載體潛在的危險性，基因表達的不穩(wěn)定性限制了基因治療在臨床中的應(yīng)用。骨髓間質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cell，MSCs)具有多潛能性，能夠分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞。取材容易且能迅速培養(yǎng)增殖，短期內(nèi)可獲得大量擴增，彌補了神經(jīng)干細胞取材困難的缺點，自體移植可避免移植后免疫排斥反應(yīng)，克服了骨髓和臍血需要嚴格配型的限制。因此MSCs作為神經(jīng)元的另一來源用于ALS細胞治療具有廣闊的應(yīng)用

5、前景。Mazzini小組利用MSCs進行了ALS治療的臨床試驗，最終結(jié)果尚有待于觀察，由于樣本量小及臨床試驗的限制，尚不能明確MSCs移植治療ALS有否效果。ALS的發(fā)病機制復(fù)雜，病變的神經(jīng)元產(chǎn)生大量氧自由基，小膠質(zhì)細胞活化產(chǎn)生多種炎性因子，星形膠質(zhì)細胞功能障礙使得細胞外谷氨酸過多聚集，內(nèi)環(huán)境呈病理狀態(tài)。ALS患者的腦脊液含有過多的氧自由基和過氧化物，在體外可誘導(dǎo)正常的神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞出現(xiàn)細胞毒性和細胞死亡。因此尚不能明確在正常骨髓

6、環(huán)境下生長的MSCs移植入這種陌生的病理環(huán)境中，是否能存活及移植后有否治療效果。因此為了更貼近臨床研究，本文采用人骨髓間質(zhì)干細胞(hMSCs)經(jīng)動、靜脈移植SOD1-G93A轉(zhuǎn)基因鼠，動態(tài)檢測運動功能、病理、電生理，生存期和發(fā)病時間，從體內(nèi)外實驗來驗證hMSCs在SOD1-G93A轉(zhuǎn)基因鼠中的存活、增殖活性和表型，為hMSCs臨床應(yīng)用于ALS提供實驗依據(jù)。 研究得出如下結(jié)論: (1)人骨髓間質(zhì)干細胞在體外SOD1-G93

7、A轉(zhuǎn)基因鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)模擬微環(huán)境中發(fā)生形態(tài)改變，由長梭形轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧窠?jīng)元”樣細胞；細胞活力好，未見有明顯的凋亡，可以表達成熟和早期神經(jīng)元的表面標(biāo)志物，說明體外SOD1-G93A轉(zhuǎn)基因鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)模擬微環(huán)境含有足夠的神經(jīng)營養(yǎng)因子和有利信號使hMSCs向神經(jīng)元方向分化(創(chuàng)新點1)。 (2)靜脈移植人骨髓間質(zhì)干細胞可以顯著的延長SOD1-G93A轉(zhuǎn)基因鼠的生存期(延長18天)，延緩發(fā)病時間(延緩發(fā)病14天)，延緩運動功能的(延緩3周)

8、丟失；動態(tài)檢測病理和電生理發(fā)現(xiàn)靜脈移植hMSCs可以延緩脊髓前角運動神經(jīng)元的丟失，延緩神經(jīng)軸突的變性，證明靜脈移植治療SOD1-G93A轉(zhuǎn)基因鼠是有效的(創(chuàng)新點2)。 (3)靜脈移植的人骨髓間質(zhì)干細胞可以分布于體內(nèi)各器官，長期存活。細胞可以隨血流穿越血腦屏障遷移至中樞神經(jīng)系統(tǒng)腦和脊髓前角病變區(qū)，表達神經(jīng)膠質(zhì)細胞的表面標(biāo)志物；靜脈移植骨髓間質(zhì)干細胞可以改善病理過程，改善內(nèi)環(huán)境，抑制膠質(zhì)細胞的增生(創(chuàng)新點3)。 (4)對新移