ALS渐冻症:干细胞基因治疗1/2a期试验显示希望

一种针对ALS的、让移植干细胞表达保护性蛋白，实现干细胞和基因双重治疗的实验性疗法，在1/2a期实验中显示出安全性。这种干细胞和基因联合疗法有可能用于保护肌萎缩性侧索硬化症患者脊髓中病变的运动神经元。

　　

旨在唤起公众对于肌萎缩侧索硬化症(ALS)的关注的冰桶挑战过去很久了，真正对抗渐冻症 (ALS)的挑战仍在继续。美国Cedars-Sinai 医疗中心的研究人员开发出一种结合干细胞和基因疗法的研究型疗法，可能会保护肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者脊髓中的患病运动神经元。Cedars-Sinai团队的1/2a期实验结果表明这种联合治疗对人类是安全的，接受这种疗法的18名患者在移植后都没有出现严重的副作用。这项研究结果发表在今天同行评议的《自然医学》杂志上。

肌萎缩性脊髓侧索硬化症是一种致命的神经系统疾病，被称为ALS或卢伽雷氏病（ Lou Gehrig's）。美国每年大约有 5,000 例 ALS 病例出现。症状主要由脊髓和皮质运动神经元的死亡引起，通常在发病后 3-5 年内导致瘫痪和死亡。iluzole和edaravone是美国食品和药物管理局 (FDA) 批准的唯一治疗方法，只能适度减缓疾病进展。基因突变导致约10%的ALS病例，基因靶向疗法正在开发中。但散发性肌萎缩侧索硬化的原因仍然是个谜。

尽管胚胎干细胞培养能够定向分化产生运动神经元，但移植后在成人体内重新形成适当的连接具有挑战性。迄今为止，成体干细胞还未能为 ALS 患者提供持续的功能改善。使用成人骨髓间充质干细胞 (MSCs) 进行的早期 2 期试验表明，疾病进展的短暂减缓可能是通过 MSC 产生的营养因子和抗炎特性。另一项 MSC 2期试验显示有希望的疗效数据，然而在3 期试验未能达到临床意义（NCT03280056）。NCT01348451和NCT01730716试验将来自人类胎儿脊髓衍生的神经干细胞（称为 NSI-566 ）注射到 ALS 患者的脊髓中，结果显示 一些移植细胞存活但对疾病没有产生影响。然而，这些试验表明将细胞注射到人类 ALS 脊髓中是安全的，这对未来类似疗法具有重要意义。

已知支持神经元功能的星形胶质细胞可能在 ALS 中存在缺陷，并导致运动神经元死亡。研究表明，健康的星形胶质细胞可以保护患病的运动神经元。因此，通过移植恢复健康的星形胶质细胞可以减轻运动神经元损伤并减缓 ALS 疾病进展。多项临床前研究中曾将皮质衍生的人类神经祖细胞 (hNPCs) 移植到啮齿动物、猪和非人类灵长类动物的中枢神经系统 (CNS) 中，细胞在那里存活、分化为星形胶质细胞、不形成肿瘤并可以在退行性疾病和衰老模型中保护宿主细胞和功能。然而，将野生型 hNPCs 移植到超氧化物歧化酶1 (SOD1) 转基因 ALS 大鼠模型的腰脊髓中，并没有减缓运动神经元死亡或疾病进展；这表明可能需要进一步的营养支持。

GDNF 是多巴胺和运动神经元的有效生长因子；但是它不能穿过血脑屏障。帕金森病的临床试验证实了 GDNF 脑实质内给药的安全性。然而，在皮下和鞘内给药的 ALS 试验中，GDNF的血浆寿命短，对大脑和脊髓的渗透率低，导致难以接近运动神经元而不能发挥作用。

作者提出了将细胞疗法和基因治疗相结合的方案——将替换星形胶质细胞和直接表达输送GDNF到脊髓结合，以保护垂死的运动神经元。与单独的hNPCs 不同，移植的hNPCs经基因工程改造以稳定产生GDNF可以保护SOD1大鼠腰脊髓中的运动神经元。这些移植细胞可以长期存活而不会形成肿瘤，并且可以安全地输送到衰老的脊髓，在那里它们还可以分化成星形胶质细胞并保护运动神经元。

研究使用一个人类胎儿皮质样本衍生出的神经祖细胞系，称为 CNS10，经基因转导实现稳定的GDNF表达，并在GMP标准下进行扩增和储存，获得产品 CNS10-NPC-GDNF。研究人员在啮齿动物和猪中进行的研究性新药 (IND) 临床前研究，以及第一次联合干细胞和基因治疗 ALS 试验的结果。这项为期12个月的1/2a期剂量递增试验将CNS10-NPC-GDNF单侧移植到18名ALS患者的腰椎脊髓中（双盲），达到了安全终点。在对注射侧不知情的前提下，18位参与者中有 14 人猜中治疗侧：九个基于感觉变化的存在（也可能因为治疗引起的疼痛），五个基于治疗腿的感知改善。研究人员根据感觉变化对 11 名参与者的治疗侧做出了正确的猜测。低剂量治疗组治疗侧腿失去力量的速度在数值上低于于未治疗侧，高剂量组所有时间都显示治疗侧腿失去力量的速度较慢，其中一位参与者在移植3年后治疗侧腿力量表现出明显保留。来自低剂量队列的 8 名参与者和来自高剂量队列的 6 名参与者在细胞移植后 14 至 42 个月之间死于 ALS 疾病进展，移植对运动功能没有负面影响，并且在所有死后组织中都观察到持续的移植细胞存活和GDNF产生。细胞输注靶向脊髓的过渡区，预测细胞会迁移到腹角，然而检测到的大多数移植物是在背角，可能导致一些参与者缺乏整体运动神经元保护和疼痛。移植物位置以及 GDNF 分泌也可能导致在背根进入区 (DREZ) 出现含有雪旺细胞的神经瘤。然而，总的来说，这项针对 ALS 的联合干细胞和基因治疗试验表明，CNS10-NPC-GDNF 可以安全地输送到腰椎并产生 GDNF 超过 3 年，对腿部功能没有负面影响，从而为患有这种无情疾病的患者提供了希望。研究人员认为治疗多个部位可能会增强具有临床意义的效果，正在考虑用于颈脊髓和运动皮层，这两个区域在 ALS 动物模型中显示出可从治疗中获益。

“使用干细胞是一种强大的方式，将重要的蛋白质输送到大脑或脊髓，否则无法通过血脑屏障，”资深通讯作者Clive Svendsen博士说，他是生物医学科学和医学教授和再生医学研究所的执行董事。“我们能够证明，经过改造的干细胞产品可以安全地移植到人类的脊髓中。经过一次治疗后，这些细胞可以存活并产生一种重要的蛋白质，这种蛋白质可以保护死于渐冻症的运动神经元。”ALS病变的神经胶质细胞对运动神经元的支持能力下降，这些运动神经元逐渐退化，导致进行性肌肉麻痹，瘫痪，使患者丧失活动、说话和呼吸的能力。通过将产生工程蛋白的干细胞移植到受损运动神经元所在的中枢神经系统，这些干细胞可以转化为新的支持性神经胶质细胞，并释放保护性蛋白GDNF，共同帮助运动神经元存活，可能会成为治疗ALS的一种强有力的选择。

“GDNF本身无法通过血脑屏障，所以移植释放GDNF的干细胞是一种新的方法，可以帮助将蛋白质送到它需要去的地方，帮助保护运动神经元，”该论文的共同主要作者、Cedas - Sinai理事会再生医学研究所转化医学副主任Pablo Avalos医学博士说。“因为它们被设计为释放GDNF，我们得到了一个‘双重打击’的方法，新细胞和蛋白质都可以帮助死亡的运动神经元在这种疾病中更好地生存。”

安全试验

该试验的主要目标是确保将释放GDNF的细胞输送到脊髓不会有任何安全问题或对腿部功能产生负面影响。由于ALS患者的双腿失去力量的速度相似，研究人员只将干细胞基因产物移植到脊髓的一侧，这样治疗后的腿的治疗效果就可以直接与未治疗的腿进行比较。研究组开发出了将干细胞基因产物CNS10-NPC-GDNF安全输送到患者脊髓的新型注射装置。移植后，研究小组对患者进行了一年的随访，以便测量接受治疗和未接受治疗的双腿的力量。这项试验的目的是测试安全性，这一点得到了证实，因为与未治疗的腿相比，细胞移植对治疗腿的肌肉力量没有负面影响。虽然没有严重的副作用，但研究小组发现，在一些患者中，脊髓中的细胞过高，最终进入感觉区域，这可能导致疼痛。他们还在一些病例中发现了与细胞移植相关的良性生长。Svendsen指出，这将在未来的研究中通过更深入的靶向和不同的手术方法来解决。研究人员预计不久将对更多的患者展开一项新的研究。他们将针对较低的脊髓部位，招募处于疾病早期阶段的患者，以增加观察到细胞对渐冻症进展影响的机会。

“我们非常感谢所有参与这项研究的人，”Svendsen说。“肌萎缩性侧索硬化症是一种很难治疗的疾病，这项研究给了我们希望，我们离找到减缓这种疾病的方法越来越近了。”“我们很高兴我们证明了这种方法的安全性，但我们需要更多的患者来真正评估疗效，这是下一阶段研究的一部分，”Johnson说，他也是Cedars-Sinai神经外科的副主席。“证明我们的细胞可以在患者体内存活很长时间，并且是安全的，这是推进这种实验性治疗的关键部分。”

Cedars-Sinai团队还在另一个ALS的临床试验中使用分泌GDNF的干细胞，将细胞移植到一个特定的大脑区域，这个区域被称为运动皮层，控制手部运动的起始。在这项新研究中，他们最近治疗了16名患者中的第一个，主要目的是证明安全性，但也评估随着时间的推移是否对手部使用有任何影响。