iPS細胞在神經系統損傷等疾病的細胞替代療法上具有巨大的應用潛力。（視覺中國/圖）

帕金森病是僅次於阿爾茨海默病的第二大常見退行性神經病變，主要症狀是身體震顫、僵硬和行走困難等。目前，全球患病人數超過600萬人，中國患者約佔一半。到目前爲止，該病尚沒有治癒的方法，大多數治療方法只能緩解症狀或減緩疾病進程。不過，據2020年5月14日《新英格蘭醫學雜誌》（NEJM）報道，美國哈佛醫學院麥克萊恩醫院等機構的研究人員利用定製的自體iPS幹細胞治療一名帕金森病患者，臨牀試驗取得了一定的療效，這一嶄新的療法給帕金森病患者帶來新的希望。

病篤急尋醫

喬治·洛佩茲（George Lopez）原本是一名內科醫生，後來棄醫從商，創辦了一家醫療設備公司，積累了不少財富。在經歷近十年的帕金森病折磨之後，洛佩茲原來使用的緩解症狀的常規藥物接連失效，病情不斷惡化。他的身體震顫加劇，行走能力越來越受到限制，這讓平時喜歡戶外運動的他非常沮喪。

洛佩茲知道帕金森病還沒有治癒的希望，不過他並不想坐以待斃。他在網絡上四處尋找潛在的新療法，還專門自費去參加相關的學術會議，想聽聽科學家在這方面有什麼令人驚喜的研究進展。2013年4月，在一次“幹細胞”學術會議上，洛佩茲瞭解到哈佛醫學院麥克萊恩醫院的金光洙（Kwang-Soo Kim）教授正在開展自體iPS幹細胞治療帕金森病的研究。聽完金教授的報告之後，洛佩茲覺得幹細胞療法大有希望，於是想在會後找金教授聊聊，不過金教授作完報告後就離開了。

洛佩茲回家後給金教授寫了一封郵件，表示願意資助他繼續進行幹細胞治療帕金森病的研究。金光洙教授是美國知名的幹細胞專家，長期從事幹細胞治療帕金森病的研究。由於政府科研經費大幅減少，他當時正在爲科研經費發愁，將不得不解僱一些研究人員。金教授看到洛佩茲的郵件後，將信將疑，最後還是決定與洛佩茲見面聊聊。兩人見面後，洛佩茲進一步確認了幹細胞治療帕金森病的前景，在瞭解到金教授的困境之後，直接給他開出了一張200萬美元的支票。洛佩茲當時想法很簡單，即使金教授團隊的研究成果不能馬上給他帶來治療方案，也有望給這一領域的研究帶來重大進展。

一線希望

在獲得意外的200萬美元資助後，金教授開始招兵買馬，加快了研究進程，希望儘快攻克iPS幹細胞移植面臨的技術難題，並開展幹細胞治療帕金森病的臨牀試驗。

其實，幹細胞治療帕金森病並不新鮮。科學家發現，帕金森病主要是因爲大腦中一些合成多巴胺的神經元功能喪失，導致大腦缺乏足夠的多巴胺而導致的。多巴胺是重要的神經遞質，也就是神經信號的“傳遞員”。一旦缺乏多巴胺，會導致神經信號無法正常傳遞，進而出現帕金森病等多種神經疾病。

最早治療帕金森病的方案主要是想辦法增加大腦中的多巴胺含量，比如注射多巴胺的前體左旋多巴，或模仿多巴胺的功能去激活多巴胺受體以傳遞神經信號，如注射多巴胺刺激劑，不過這些藥物都面臨長期使用容易失效併產生嚴重副作用等問題。從20世紀80年代中期開始，科學家開始嘗試用細胞替代療法治療帕金森病，即將具有多巴胺合成能力的神經細胞移植到患者腦部，以合成更多的多巴胺，達到治療帕金森病的目的，展現出一定療效，而且這些移植的神經細胞可在患者腦組織中存活15-18年。

隨着20世紀90年代末人類胚胎幹細胞技術的出現，由胚胎幹細胞分化出來的多巴胺神經細胞成爲最重要的細胞來源。不過，胚胎幹細胞多取自醫院死亡的胎兒或早期胚胎，一次幹細胞移植需要十多個胎兒，存在較大的倫理爭議，而且這些胚胎幹細胞非患者自體細胞，容易出現嚴重免疫排斥反應，應用前景並不被看好，甚至被一些國家禁止用於臨牀研究。

2006年，日本生物學家山中伸彌教授團隊給小鼠皮膚細胞轉入四種轉錄因子（具有將DNA轉錄成RNA的功能）的基因，結果這些皮膚細胞經過體細胞核移植之後，竟然神奇地逆轉成一種類似胚胎幹細胞的新幹細胞，可分化爲幾乎所有類型的小鼠細胞，這種新的幹細胞被稱爲誘導多能幹細胞（iPS細胞）。很快，山中伸彌團隊及其他國家的科學家也相繼培育出人類iPS細胞。這一技術突破了胚胎幹細胞的倫理限制，來源也非常方便，在人類疾病治療等領域展現出巨大的應用前景。2012年，山中伸彌與發明體細胞核移植技術的英國發育學家約翰·戈登一起分享了諾貝爾生理學或醫學獎。

iPS細胞技術一出現，世界各國的科學家，特別是原本從事胚胎幹細胞研究的科學家迅速轉向人類iPS細胞的研究，並發現人類iPS細胞在神經系統損傷等疾病的細胞替代療法上具有巨大的應用潛力，金光洙教授正是其中之一。2009年，金教授改進了山中伸彌的方法，將四種轉錄因子在細胞外合成後，再添加到人類皮膚細胞中，可獲得非轉基因的人類iPS細胞，這項研究使得金教授在國際上受到廣泛關注。2013年，金教授團隊再接再厲，利用上述方法，在患有帕金森病的小鼠模型中驗證了iPS細胞替代療法具有改善帕金森症狀的功效，也正是這項研究引起了洛佩茲的關注。

私人定製

不過，要將金教授的幹細胞技術應用到帕金森病患者的治療，還有幾個關鍵的技術難題需要突破。這是一種真正的私人定製療法，需要先評估患者的各項身體指標是否符合腦部細胞移植的標準，如果符合，則採集患者的皮膚細胞，用體外合成的轉錄因子將皮膚細胞誘導產生iPS細胞，再刺激iPS細胞分化成多巴胺神經祖細胞，接下來將這些多巴胺神經祖細胞移植到患者腦部。

金光洙(Kwang-Soo Kim)教授。

金教授面臨的第一個難題是如何大量擴增移植用的多巴胺神經祖細胞。每次移植需要數百萬個多巴胺神經祖細胞，金教授團隊找到了一些具有代謝調節功能的微小RNA，可以與四種轉錄因子協同作用，快速大規模生產臨牀級的多巴胺神經祖細胞。第二個難題是幹細胞如果分化不完全，則有腫瘤化的危險。爲了解決這個問題，金教授團隊從中草藥成分中篩選到一種槲皮素（黃酮醇類化合物），可以清除絕大多數未分化的iPS細胞，以消除腫瘤隱患。

最後一個難題則是如何高效地將這些多巴胺神經祖細胞移植到患者腦部。這一難題交給了麻省總醫院著名神經外科醫生傑弗裏·施偉策（Jeffrey Schweitzer），後者發明了一種新的細胞注射器，大幅改進了神經細胞移植的方法。這些難題解決後，金光洙團隊準備開展個性化定製的iPS細胞治療帕金森病的臨牀試驗。

一開始，洛佩茲並沒想到金教授的研究進展如此快速，不過他在得知金教授即將啓動臨牀試驗時，還是有些喜出望外，畢竟自己的病情越來越嚴重，於是他決定親身試一試這一新的療法。經過一系列檢查，施偉策等人確認洛佩茲的身體條件符合神經細胞移植的要求，於是只有一個志願者的臨牀試驗在美國FDA特批下開始祕密進行起來。

研究人員從洛佩茲皮膚上取出小片皮膚組織，在實驗室誘導產生iPS細胞，繼而在特殊的設備中大規模培養出多巴胺神經祖細胞。神經細胞移植手術原本計劃在金教授實驗室附近的麻省總醫院進行，不過施偉策博士發明的細胞注射器與麻省總醫院成像設備並不匹配，如果重新購置成像設備，或讓FDA重新批准採用與麻省總醫院成像設備匹配的注射器，都需要花費幾個月時間。金教授聯繫到相距300公里遠的威爾·康奈爾醫學院，那裏正好有與施偉策細胞注射器匹配的成像設備。

一場接力賽

細胞移植需要越快越好，否則神經細胞有可能出現死亡。由於細胞培養實驗室與細胞移植手術地點相隔300公里，移植手術變得更爲複雜，甚至不惜動用私人飛機。在移植手術前，需要先用救護車，將4℃保存的多巴胺神經祖細胞從位於波士頓的細胞實驗室運送到波士頓機場，再通過私人飛機將細胞空運到康奈爾機場，然後通過救護車運至威爾·康奈爾醫學院的手術檯，像一場馬不停蹄的接力賽。爲了確保一切順利，研究小組還在正式移植手術之前進行了一次演習。

2017年9月5日，神經細胞移植手術正式開始，經過一番周折，三管多巴胺神經祖細胞順利到達洛佩茲的手術室。醫生們在洛佩茲的左腦運動神經元區域注射了約400萬個多巴胺神經祖細胞，術後沒有出現免疫排斥反應。大約4個小時後，洛佩茲感覺自己的肌肉變強了，身體震顫也減輕了，他爲此感到興奮。不過醫生們並沒有這麼樂觀，他們還不敢確定，洛佩茲腦部突然增多的多巴胺，到底是植入的多巴胺神經祖細胞在起作用，還是移植手術的刺激，再或者是患者主觀的期望引發原有神經元產生更多的多巴胺。

半年後，醫生們再次在洛佩茲的右腦注射了相同劑量的多巴胺神經祖細胞。之後每隔幾個月，醫生對洛佩茲進行腦部掃描的其他檢測，以確認腦部多巴胺含量變化，以及植入的神經細胞是否與原有的神經細胞發生通訊聯繫。經過近兩年的觀察，移植的神經細胞仍然在洛佩茲腦部存活，併發揮合成多巴胺的正常功能。洛佩茲的症狀的確也有所改善，比如能完成繫鞋帶、大步走等動作，說話聲音清晰，甚至還能游泳和潛水。

這是世界上首例自體iPS細胞治療帕金森病的臨牀試驗，早於2018年日本開展的類似臨牀試驗。這項臨牀試驗的結果於2020年5月14日發表在著名的《新英格蘭醫學雜誌》上，引起了美國健康網站STAT、英國每日郵報等媒體關注。

該臨牀試驗只有一個患者，沒有對照組，臨牀療效也相對有限，還不能排除其他因素的影響，因此需要更大規模的臨牀試驗加以驗證。不過，這一試驗初步證明帕金森病新療法的安全性和有效性，後續研究更值得期待。

****特約撰稿 湯波