靶向小胶质细胞替代有望对抗致命的神经退行性疾病

泰-萨克斯病和桑德霍夫病是影响大脑的遗传性疾病，没有有效的治疗方法，通常在生命的头几年就会致命。

　　

Tay-Sachs病和Sandhoff病是两种影响大脑的遗传性疾病，目前尚无有效治疗方法，患者通常在生命最初几年内就会死亡。科学家们推测，用遗传上健康的细胞替换受损细胞，可能会减缓或阻止导致症状的神经退行性病变。然而，这种方法一直面临诸多问题，包括在大脑中的植入效果不佳以及移植细胞攻击健康组织的移植物抗宿主反应。

如今，斯坦福医学的研究人员开发出一种方法，能够在小鼠体内用非遗传匹配的前体细胞替换超过一半受累最严重的细胞——小胶质细胞。在患有Sandhoff病的小鼠中，这种方法帮助它们活得更久，并显著减轻了行为和运动症状。

如果这种方法能够转化为人类治疗手段，将为这些罕见病患儿的家庭带来一线希望。由于不需要使用患者自身的细胞，这种方法未来可能会提供一种“现成”的疗法，比为每个病例量身定制的基因工程更快捷、更便宜。

破解罕见病难题

Tay-Sachs病和Sandhoff病属于一类名为溶酶体贮积症的遗传性疾病。尽管这些疾病较为罕见，但许多此类疾病极具毁灭性，尤其是那些主要影响大脑的疾病。受这些疾病影响的婴儿通常在出生后的头几周或几个月内正常发育，但随着神经元的退化，他们的病情会迅速恶化。

患有这些疾病的婴儿的基因中存在突变，这些突变影响了溶酶体（细胞内的回收站，负责分解不再需要的蛋白质、碳水化合物和脂肪分子）正常功能所需的酶。如果溶酶体无法正常工作，这些分子会在细胞内积累到危险水平。

然而，这里存在一个谜团。

“尽管这些疾病的症状是由于神经元的退化，但邻近的免疫细胞——小胶质细胞中的溶酶体酶水平有时比神经元高出一千倍。”斯坦福干细胞生物学和再生医学研究所项目负责人、该研究的通讯作者Marius Wernig博士说，“那么，为什么神经元会死亡，尽管小胶质细胞受到的影响更为严重呢？”

小胶质细胞的一个重要功能是吞噬和分解大脑中的死亡细胞或病原体。“它们就像是专业的清洁工。”Wernig说，“因此，它们比其他细胞更需要这些降解酶。”研究人员想知道，恢复小胶质细胞中的溶酶体酶是否能以某种方式帮助神经元。

革新移植技术

过去，纠正小胶质细胞中的遗传缺陷的方法是进行造血干细胞移植（通常称为骨髓移植），以重启患者的免疫系统，包括大脑中的小胶质细胞。在这种移植中，首先用药物消除患者自身的免疫系统（称为预处理），然后通过静脉注射遗传健康的免疫细胞前体，希望它们能在患者体内扎根并开始产生缺失的蛋白质。

然而，将健康的细胞送入大脑非常困难，因为身体对中枢神经系统有着严格的限制。全身移植的其他可能并发症包括剩余免疫细胞清除供体细胞，或者相反，出现危及生命的移植物抗宿主病。

2022年，Wernig实验室的研究表明，通过清除受体动物的免疫系统并用药物杀死现有的小胶质细胞，可以实现90%的供体细胞植入率，为捐赠的造血干细胞提供竞争优势。但这种技术仍然需要有毒的预处理，并且依赖于遗传相同的供体细胞，以防止移植物抗宿主病。

“造血干细胞移植是一种艰难的过程。”Wernig说，“除非没有其他选择，否则你不会想让患者经历这个过程。”

针对大脑的移植方案

在当前的研究中，Marius Mader博士和Wernig测试了是否可以开发一种特定于大脑的移植程序，以避免造血干细胞移植的有毒预处理和全身效应。为此，他们将小胶质细胞耗竭药物治疗与大脑照射相结合，为新细胞腾出空间。然后，他们将来自非遗传匹配供体动物的小胶质细胞前体细胞（造血干细胞的一个更专业化的子集）注入大脑。最后，他们使用两种药物阻断来自身体其他部位的免疫细胞的激活，这些免疫细胞否则会杀死不匹配的供体细胞。

这一系列精细的操作步骤实现了供体细胞的高效植入，这些细胞在大脑中扎根并发育成小胶质细胞，而没有迁移到身体其他部位或被受体动物的免疫系统攻击。

供体细胞的植入是持久的：移植后8个月，大脑中小胶质细胞中有超过85%来自供体细胞。未经治疗的患有Sandhoff病的小鼠中位生存期为135天，没有动物存活超过155天。相比之下，接受大脑特异性小胶质细胞移植治疗的5只动物存活时间长达250天，实验在此时终止。

尽管这些寿命较长的治疗小鼠最终出现了后腿瘫痪，但它们在大型开放空间中表现出正常探索行为，并且比对照动物具有更强的肌肉力量和协调能力。

对供体小胶质细胞与其神经元邻居之间关系的进一步研究揭示了一些有趣的现象：现在由小胶质细胞产生的缺失溶酶体酶也可以在动物的原生神经元中找到。尽管原因尚不清楚，但Wernig和Mader怀疑小胶质细胞将酶包装并分泌到细胞间隙中，然后被神经元吸收。

“这可能是小胶质细胞的一个重要、未被认识的作用：为环境（包括神经元）提供溶酶体因子。”Wernig说。

研究人员对这种方法能够转化为人类治疗手段持乐观态度，因为每个单独的步骤——照射、用于清除现有小胶质细胞的药物以及防止供体细胞被免疫攻击的药物——都已用于治疗其他疾病。

“我们在本研究中解决了三个大问题。”Wernig说，“我们实现了无需全身毒性预处理的大脑限制性移植，我们能够使用不需要基因工程来产生缺失溶酶体酶的非遗传匹配细胞，并且我们避免了免疫排斥和移植物抗宿主病。我们非常高兴。”

研究人员还认为这种疗法可能具有广泛的适用性。

“这些溶酶体贮积症可能只是更常见神经退行性疾病（如阿尔茨海默病或帕金森病）的加速版本。”Wernig说，“如果是这样，这种疗法不仅对一小部分儿童有意义，而且对许多人来说都可能非常相关。”