《细胞》：干细胞移植治疗帕金森病重大突破！科学家发现了移植后细胞大量死亡的原因和解决方案

帕金森病（PD）的特征性运动症状的直接原因是中脑多巴胺神经元不可逆地丢失，因此，干细胞移植被认为是一种很有潜力的PD治疗方法，已经在临床前和早期临床研究中进行了测试。

然而，干细胞移植的体内细胞存活问题阻碍了这一疗法的应用。无论是自体、异体还是异种模式，胚胎和人多能干细胞衍生的多巴胺神经元在移植后，超90%都无法存活，较低的和不确定的细胞存活率（通常为0.5-10%）不仅会影响临床试验的结果，还会让研究人员无法确定合适剂量，大量移植以补偿有限存活可能会因为大量细胞死亡引起炎症反应。

移植的多巴胺神经元为什么会大量死亡？搞不清楚这个问题，干细胞移植PD就难以正式投入临床。

在今天的《细胞》上，斯隆·凯特琳癌症研究所的研究团队发表最新研究成果，他们发现，p53介导的细胞凋亡是多巴胺神经元死亡的主要原因，并且，肿瘤坏死因子α（TNF-α）-核因子κB（NF-κB）是诱导这一过程的上游信号通路，使用TNF-α抑制剂阿达木单抗可以提高PD小鼠模型中移植的多巴胺神经元存活率，且形成了广泛的神经再支配和功能恢复[1]。

为了确定限制人多能干细胞来源的多巴胺神经元存活的内在因素，研究人员进行了CRISPR-Cas9筛选，他们使用了纯化的有丝分裂后多巴胺神经元，以专注于细胞存活，排除细胞增殖等混杂因素。在他们的实验中，多巴胺神经元的存活率为3%，确实存在存活率低的问题。

初步筛选找到了9个限制体内多巴胺神经元存活的基因，并且强调了细胞凋亡和炎症是关键途径。

进一步的验证实验显示p53是最强的影响因素，敲除p53能够显著改善多巴胺神经元的存活率，移植1个月后，从平均每10万细胞中存活2776±393增加至13667±2599，不仅如此，存活的多巴胺神经元中，黑质（A9）多巴胺神经元的比例增加，黑质多巴胺神经元尤其脆弱，在PD的发展中有更广泛更快速的丢失，但它对运动功能非常重要。

从时间流程上来看，在移植后24小时，p53就会触发一个持续几天的细胞凋亡程序，72小时时细胞凋亡达到峰值，7天时，一波死亡基本完全结束。

细胞凋亡的时间流程

移植手术会引起血管系统局部损伤，血脑屏障暂时性受损，诱导受体的免疫反应。研究人员发现，移植物中的中性粒细胞和内皮细胞比例极低，表明外周血白细胞向注射部位的迁移很少，移植24小时后，小胶质细胞和星形胶质细胞极化并向着移植物迁移，这表明，它们是赶去处理已经开始批量死亡的移植细胞，而非通过免疫炎症驱动了移植细胞的死亡。

众所周知，p53是肿瘤抑制因子，针对它进行干预难以进行临床转化，而且从机制上了解移植后24小时p53触发细胞凋亡过程的上游通路也是很重要的。研究人员为此进行了大量的神经元RNA测序，最后确定了富集程度最高的通路包括凋亡、p53和TNF-α。

时间过程分析显示，近80%的移植细胞中，TNF-α下游的NF-κB在移植后4和24小时表现出强激活反应，在72小时后显著减少。体外的TNF-α直接诱导实验证实了NF-κB和p53的激活。

NF-κB激活的时间过程

TNF-α抑制剂阿达木单抗是一种在临床上广泛使用的自身免疫疾病治疗药物，在我国已经获批用于治疗类风湿关节炎和强直性脊柱炎。体外实验显示，阿达木单抗显著提高了纯化的有丝分裂后多巴胺神经元在1个月时的存活率。研究人员觉得，阿达木单抗辅助治疗说不定能挽救PD的细胞移植。

于是，他们选择了存在旋转行为的PD运动症状小鼠模型，随机分组接受磷酸缓冲液（PBS）、多巴胺神经元或多巴胺神经元+阿达木单抗联合治疗。在移植后6个月，多巴胺神经元和多巴胺神经元+阿达木单抗联合治疗组的运动症状均显著改善，但联合治疗组表现出更早、功能恢复更完整的趋势。

联合治疗组的多巴胺神经元数量和总体积显著增加，黑质多巴胺神经元的比例更高，突触密度和纹状体中等多棘神经元（纹状体的主要投射神经元，细胞膜上表达不同类型的多巴胺受体）占比也更高。

C：PBS（灰）、多巴胺神经元（黄）或多巴胺神经元+阿达木单抗联合治疗（蓝）的结果

D：阿达木单抗辅助治疗后的多巴胺神经元数量和总体积增加

综上，这项研究确定了细胞移植治疗PD时，移植后多巴胺神经元死亡的关键调控因子，以及潜在的解决方法。研究人员指出，探索同样的方法是否适用于其他中枢神经系统内外的细胞治疗是很有意义的，因为许多基于人多能干细胞的细胞治疗都存在有限的体内存活问题，是阻止治疗成功的主要障碍。