综述：干细胞疗法与脑源性神经营养因子（BDNF）在帕金森病中的协同作用：联合神经再生策略的小型综述

《Chinese Neurosurgical Journal》：Synergy between stem cell therapy and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in Parkinson’s disease: a mini-review of combined neuroregenerative strategies

本综述深入探讨了干细胞疗法联合脑源性神经营养因子（BDNF）增强作为帕金森病（PD）治疗新策略的潜力。文章系统回顾了当前疗法的局限，并指出该联合策略不仅能替代丢失的多巴胺能神经元，还能通过BDNF-TrkB信号通路（如PI3K/Akt、MAPK/ERK）提供持续的神经保护，促进神经元存活与神经环路整合。临床前研究显示其在改善运动功能、减少神经炎症方面成效显著，为帕金森病的疾病修饰治疗带来了新希望。

　　

概述帕金森病

帕金森病（Parkinson's Disease, PD）是一种主要影响老年人的缓慢进展的神经退行性疾病。其病理核心是中脑黑质致密部（Substantia Nigra pars compacta, SNpc）多巴胺能神经元的损伤以及异常蛋白质（如α-突触核蛋白）的积累，这些变化加速了神经元变性。患者初期症状常表现为轻微震颤，逐渐发展为运动迟缓、强直，最终出现姿势不稳，严重影响日常生活。除运动症状外，PD还伴有非运动障碍，如嗅觉功能受损、睡眠障碍（特别是快速眼动期）、情绪变化、流涎、便秘和自主神经功能障碍等，部分非运动症状甚至可能早于运动缺陷出现，对早期检测具有重要意义。

全球疾病负担研究显示，帕金森病的患病率、致残率和死亡率在全球范围内显著上升。全球患病率约为每千人1.51例，男性发病率高于女性。2021年全球报告了134万新发病例，患者总数自1990年的315万增至2021年的1177万，增长了274%。在印度尼西亚，2019年的患病率为每10万人89.91例，自1990年以来增长了143%。尽管直接的死亡率数据有限，但PD患者的死亡风险比一般人群高1.5倍。

帕金森病的当前治疗策略

目前的治疗主要侧重于症状管理，包括药物干预和外科手术。核心药物治疗是左旋多巴（levodopa），它能在中枢神经系统中转化为多巴胺，从而缓解运动缺陷。左旋多巴常与卡比多巴（carbidopa，一种芳香族氨基酸脱羧酶抑制剂）联合使用，以减少副作用并降低有效剂量。然而，突然停用左旋多巴可能导致严重并发症，包括活动能力受损和呼吸困难。长期使用则可能引起运动障碍和神经精神疾病，约34%的患者在用药四年后因此停药。

鉴于传统疗法的局限性，替代方法日益受到探索。新兴策略包括干细胞移植和提升脑源性神经营养因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF）水平以支持多巴胺能神经元的存活。干细胞疗法旨在通过植入能够分化为产生多巴胺的神经元的前体细胞来恢复运动功能，从而替代受损细胞。同时，提升BDNF水平被认为可以促进神经元存活和再生，发挥神经保护作用，可能改善临床症状。

细胞替代疗法

干细胞疗法作为一种有前景的替代方案，提供了细胞替代、免疫调节和神经营养支持等多种可能。干细胞，如人多能干细胞（Human Pluripotent Stem Cells, hPSCs），可以被诱导分化为中脑多巴胺能祖细胞（midbrain Dopaminergic Progenitors, mDAPs）并进行移植，以恢复多巴胺水平并改善运动功能。这些细胞能够整合到宿主神经环路中，生理性地释放多巴胺，并促进神经修复，尽管仍面临致瘤性、免疫反应和移植诱导的运动障碍等挑战。

干细胞具有自我更新和分化为多种细胞谱系的独特能力。根据分化潜能，可分为全能性、多能性、多能性、寡能性和单能性；根据来源，则可分为胚胎、胎儿、婴儿和成人干细胞。近年来，干细胞研究的新进展为对常规治疗反应不佳的PD患者提供了有希望的治疗选择，通过生成患者特异性的多能干细胞（Pluripotent Stem Cells, PSCs），这些细胞在体外和体内都能分化为各种功能细胞类型。

用于帕金森病治疗的细胞来源多样，包括人胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells, ESCs）、成体间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）和诱导多能干细胞（induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs）。中脑多巴胺能神经元可用于纹状体移植，其来源包括人胎儿组织、猪源胎儿黑质神经元、颈动脉体来源的细胞以及视网膜祖细胞等。

干细胞疗法在PD中的作用机制可分为两类。一是直接修复途径，包括增强内源性神经发生、促进多巴胺能（Dopaminergic, DA）神经元分化、DA释放、纹状体再神经支配和神经环路整合。二是间接修复机制，通过神经营养因子（如BDNF、神经生长因子Nerve Growth Factor, NGF、脑多巴胺神经营养因子Cerebral Dopamine Neurotrophic Factor, CDNF、胶质细胞源性神经营养因子Glial cell line-Derived Neurotrophic Factor, GDNF）的作用，促进DA神经元分化并支持神经元存活与维持。

最近的临床研究进一步凸显了干细胞疗法在PD中的转化潜力。针对患者个体化的iPSC来源的多巴胺能祖细胞已被成功制备。在一项I/II期临床试验中，iPSC来源的多巴胺能祖细胞成功植入，释放多巴胺，且未观察到致瘤性。同样，在另一项I期试验中，hESC来源的多巴胺能神经元被安全移植，整合入宿主神经环路，并促进了功能恢复。

然而，干细胞应用既带来显著益处，也存在明显局限。iPSC的一个显著优势是允许自体移植，由于来源细胞与供者基因匹配，可大幅降低免疫排斥风险。一项荟萃分析为同种细胞疗法对PD（尤其是对左旋多巴有反应者）的有益效果提供了初步证据。尽管干细胞疗法前景广阔，但患者选择、移植物成分和免疫反应等问题仍需解决。干细胞治疗仍极具潜力，并可通过与基因疗法结合而进一步增强。但其存在若干局限性，包括缺乏可靠的分化系统、分化效率有限、潜在肿瘤形成风险、安全性不确定以及对具体治疗机制理解不全面等。优化PD的干细胞疗法可从以下几方面着手：1）选择合适的供体干细胞；2）适当诱导和筛选DA神经元；3）进行有效的临床前研究；4）优化宿主脑内环境。

BDNF在帕金森病中的作用和治疗潜力

脑源性神经营养因子（BDNF）支持多巴胺能神经元的存活和再生，增强运动控制。BDNF在帕金森病中显示出治疗潜力，但其短半衰期和无法穿透血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）限制了其应用。BDNF可以通过直接注射或通过基因工程改造的干细胞（MSCs或iPSCs）进行递送，使这些细胞在移植后能持续分泌BDNF。将干细胞疗法与BDNF相结合，为PD的症状缓解和针对疾病根本机制的治疗提供了一种潜在的整合策略。

BDNF是一种神经营养因子家族的生长因子，在中枢神经系统中支持神经元的存活、分化和维持。它通过其受体原肌球蛋白受体激酶B（Tropomyosin receptor kinase B, TrkB）调控神经元分化和突触可塑性——这些是学习和记忆所必需的过程。BDNF存在三种亚型：前体BDNF（pro-BDNF）、BDNF前结构域（BDNF prodomain）和成熟BDNF（mature BDNF），其中成熟BDNF是活性形式，与TrkB结合后促进树突生长、突触可塑性和神经元存活。

在帕金森病中，BDNF维持黑质致密部多巴胺能神经元的功能。黑质中GABA能（γ-氨基丁酸能）神经元的丢失是PD病理的一部分，而BDNF能保护这些神经元免受兴奋性毒性损伤。BDNF还通过调节多巴胺受体和酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase, TH，多巴胺合成的关键酶）来影响多巴胺信号传导。BDNF通过激活TrkB受体，触发磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（Phosphoinositide 3-Kinase/Protein Kinase B, PI3K/Akt）、丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶（Mitogen-Activated Protein Kinases/Extracellular Signal-Regulated Kinases, MAPK/ERK）和磷脂酶Cγ（Phospholipase C Gamma, PLC-γ）等下游信号通路。这些通路通过增强神经元存活、突触可塑性，减少细胞凋亡和氧化应激来保护神经元，这些机制与PD密切相关。

临床研究证实，PD患者黑质和纹状体中BDNF水平显著降低，且与运动障碍和非运动症状相关。一项大型荟萃分析也确认，PD患者的BDNF水平低于健康对照，合并抑郁症的PD患者BDNF水平更低。此外，干预性临床试验表明，运动能提高循环BDNF水平，并改善PD患者的运动和非运动结局。这些发现 strongly support the prioritization of BDNF as a therapeutic target in current Parkinson's disease management strategies.

在多种PD治疗模型中，BDNF日益比GDNF更受青睐，因其具有更广泛的神经保护谱和在递送方面的实际优势。BDNF通过广泛表达于各个脑区的TrkB受体发挥作用，与主要通过表达受限的GDNF家族受体α1/RET（GFRα1/RET）起作用的GDNF相比，提供了更广泛的治疗影响。在递送方面，BDNF与基因治疗载体和干细胞修饰平台的兼容性更好，而GDNF的递送由于BBB通透性差和局部副作用，在技术上仍具挑战性。经BDNF修饰的干细胞在临床前PD模型中显示出增强的神经保护作用和突触修复能力，表现出稳定的表达和减轻的炎症反应。此外，BDNF支持突触可塑性和神经发生，这些功能超越了多巴胺能神经元的存活，对于解决晚期PD中广泛的神经变性有益。尽管GDNF在特定环境下显示出有希望的多巴胺能效应，但若干临床试验报告了不一致的结果，部分原因在于递送和靶向的困难。因此，虽然GDNF在多巴胺能再生方面仍有价值，但在当前帕金森病治疗研发的背景下，BDNF提供了一个更可行、更多功能的治疗选择。

在细胞水平，BDNF通过与其受体TrkB的高亲和力结合在PD中发挥作用。BDNF结合诱导TrkB同源二聚化和特定酪氨酸残基的自磷酸化，为衔接蛋白创造停靠位点，从而触发下游信号级联反应。TrkB激活后，启动特定酪氨酸残基的磷酸化，招募如Shc（Src homology and Collagen）和IRS-1/2（Insulin Receptor Substrates 1 and 2）等衔接蛋白，进而启动PI3K/Akt、Ras/MAPK/ERK和PLC-γ通路。PI3K/Akt级联通过增加抗凋亡蛋白（如Bcl-2, Bcl-xL）和抑制促凋亡分子（如Bax, Bad）来增强神经元存活。同时，Ras/MAPK/ERK通路的激活促进神经元分化、突触可塑性和对神经元生长和维持至关重要的基因转录。PLC-γ通路也被激活，升高细胞内Ca²⁺水平，进而调节神经递质释放、突触重塑和长时程增强。这些相互关联的信号通路共同增强了多巴胺能神经元的韧性、存活和功能整合，并可能有助于PD中受损神经环路的恢复。

联合细胞替代疗法与BDNF

干细胞疗法旨在通过移植干细胞的分化和功能整合来替代退化的多巴胺能神经元。移植的多能性来源干细胞可被引导分化为表达关键转录因子（如Nurr1, Pitx3, Lmx1a）的多巴胺能祖细胞，这些因子对于获得中脑多巴胺能神经元身份至关重要。Nurr1和Pitx3在多能干细胞中的过表达能有效将其编程为功能性的类多巴胺能神经元，这些神经元能够合成和分泌多巴胺。在体外，通过可诱导系统或慢病毒载体实现Nurr1和Pitx3的同时表达，可以稳定产生酪氨酸羟化酶（Tyrosine Hydroxylase, TH）阳性神经元。这些神经元对促分泌剂刺激有反应，表明它们具有功能活性并能合成多巴胺。Lmx1a通常通过Wnt1-Lmx1a自动调节环进行调控，它与Nurr1和Pitx3协同作用，促进胚胎干细胞模型中的中脑多巴胺能神经元分化。

分化的多巴胺能祖细胞在Nurr1/Pitx3转录调控下上调酪氨酸羟化酶和其他多巴胺合成酶，从而具备多巴胺生产和释放的能力。共表达研究证实了重编程细胞中TH表达和多巴胺分泌的增加。这些类多巴胺能细胞还通过自分泌/旁分泌神经营养因子（如BDNF和GDNF）激活细胞内信号级联（包括PI3K/Akt和MAPK/ERK通路），从而增强细胞存活、突触可塑性和抗凋亡防御。经修饰表达BDNF的移植干细胞显著增加p-Akt（PI3K/Akt）及下游存活信号，而干细胞来源的GDNF同样促进Akt激活和ERK信号，强化神经保护。同时，干细胞来源的神经营养支持下调神经炎症信号（特别是通过抑制核因子κB Nuclear Factor Kappa B, NF-κB通路活性），使小胶质细胞极向再生性的抗炎表型（M2表型）转变，为多巴胺能再生创造更有利的环境。

BDNF和GDNF在不同脑区产生并作用于不同靶点——BDNF在皮层合成，作用于纹状体；而GDNF在纹状体产生，作用于黑质。任何一种因子的缺失都同样导致PD中的神经元变性。尽管存在血脑屏障通透性等挑战，提升BDNF或GDNF水平仍是重要的治疗策略。

将干细胞移植与内源性BDNF生产相结合的协同策略，同时针对多巴胺能神经元的丢失和神经营养支持的缺乏。间充质干细胞（MSCs）或iPSCs经过基因工程改造（通常通过慢病毒载体）以稳定表达BDNF，从而对抗PD模型中观察到的神经营养支持减少。研究表明，过表达BDNF的人脐带（human Umbilical Cord, hUC）-MSCs能分化为DA样神经元并随时间持续分泌BDNF，改善PD动物模型的运动结局。分泌的BDNF与邻近神经元上的TrkB受体结合，激活PI3K/Akt和MAPK/ERK等细胞内通路，促进神经元存活、增强突触可塑性并抑制凋亡信号。实验证据将BDNF修饰的MSC移植与PI3K、磷酸化Akt的上调以及TH/TrkB表达的增加联系起来，这与神经保护相关。因此，干细胞来源的多巴胺能祖细胞与持续的BDNF信号传导相结合，共同促进了受损多巴胺能环路的恢复和PD模型运动功能的改善。在行为学上，接受BDNF修饰MSCs的大鼠表现出旋转行为减少和纹状体多巴胺水平升高，反映了功能恢复。

尽管干细胞移植联合内源性BDNF生产具有双重治疗优势（即细胞替代和持续的神经营养支持），此策略也面临显著缺点。包括难以精确调控BDNF水平以防止兴奋性毒性、对基因修饰细胞的潜在免疫反应，以及病毒载体介导的基因插入风险（如插入突变和致瘤性）。一种实验性策略是采用可诱导基因表达系统（如四环素响应启动子Tet-On/Tet-Off），允许通过给予多西环素来时序调控BDNF合成，从而降低兴奋毒性风险。另一种方法是利用先进基因编辑工具（如CRISPR/Cas9）将BDNF精确插入"安全港"基因座，最大限度地减少脱靶效应并降低插入突变风险。为了进一步增强安全性，工程化干细胞可引入"自杀基因"（如HSV-tk），在出现不受控增殖或不良事件时，通过给予前体药物选择性清除修饰细胞群。这些改进——用于可调BDNF表达的可诱导启动子、基于CRISPR的精确整合以及内置安全开关——共同构成一个多层控制系统，解决了联合干细胞+BDNF疗法的主要风险。这样的平台提高了治疗精确性和安全性，使该策略更易于临床转化。

结论

干细胞疗法与BDNF增强相结合代表了帕金森病治疗中一个充满希望和创新的方向。通过同时解决神经元丢失和神经营养支持问题，这种协同方法不仅有望改善症状，还可能修饰疾病进程。随着持续的优化和验证，这一策略有望为面临帕金森病挑战的患者带来更有效、更持久的疗法，点燃新的希望。