撰文 | 一隻魚
帕金森病（PD）是一種神經退行性疾病，其患者會出現中腦多巴胺神經元（mDAN）的特異性丟失，造成嚴重的運動失調。利用胚胎幹細胞或誘導多能幹細胞（iPSC）產生的mDAN進行細胞替換是一個潛在的治療方法，但是目前最大的障礙是移植的mDAN存活率極低。
2023年7月12日，來自美國哈佛醫學院的Kwang-Soo Kim研究團隊在Nature上發表題為Co-transplantation of autologous Treg cells in a cell therapy for Parkinson’s disease的文章，發現手術創傷本身會導致急性神經炎症、外周免疫細胞浸潤和大腦細胞死亡，特別是移植的酪氨酸羥化酶（TH，多巴胺合成過程中的關鍵酶）+細胞，而共移植自體調控性T（Treg）細胞可以有效改善這一現象，抑制急性神經炎症和免疫細胞浸潤，從而保護移植的TH+細胞。
mDNA在移植後快速減少
研究人員首先移植了一名PD患者（C4）的iPSC產生的中腦多巴胺前體細胞（mDAP）到用該患者的自體免疫細胞人源化的小鼠的紋狀體中。他們一共移植了約100000個mDAP到小鼠的紋狀體中，2周後取樣檢測移植細胞存活情況，發現無論是在免疫缺陷的NSG小鼠還是在人源化小鼠體內，TH+細胞存活率都低於總移植細胞的1%（或總mDAN的10%），並且與免疫缺陷NSG小鼠相比，人源化小鼠中移植的人類細胞數目更多，他們猜測這可能是由於創傷性腦損傷（TBI）導致的神經炎症引起的人源化的免疫細胞浸潤，並且通過免疫組化分析發現人源化巨噬細胞、小膠質細胞、白細胞和T淋巴細胞在移植體附近累積。並且這種移植後細胞死亡現象並不是mDAN特異的，他們檢測了GABA能神經元，發現也出現了移植後死亡的現象。
Treg細胞對於手術創傷的影響
接下來他們使用Fischer344大鼠來研究大腦對於手術損傷的反應，當他們將不含任何細胞的培養基注射進入大鼠的紋狀體時，發現注射處會引起促炎性細胞因子釋放和星形膠質細胞和小膠質細胞激活。在TBI中，初始的炎症細胞浸潤之後，Treg細胞也會浸潤到損傷區域幫助修復。於是他們猜測共移植自體Treg細胞可能可以幫助減少手術損傷引起的急性神經炎症。實驗結果發現，移植自體Treg細胞確實對神經元具有保護作用，可以顯著降低促炎性細胞因子的產生和炎症細胞的浸潤。
體外實驗分析免疫原性
為了進一步研究神經炎症的影響，他們用促炎性細胞因子處理C4-mDAP，發現I類和II類HLA分子都被顯著誘導，而T細胞共刺激分子（CD80、CD86和CD40）、免疫檢查點分子（PD-L1、PD-L2和CD47）的表達不受影響，免疫原性因子（ZG16和HORMAD1）也未被誘導。接下來他們用C4-mDAP和同種異體的外周血單核細胞（K2-PBMC）共培養，發現T細胞活性被明顯誘導，並且會誘導分泌IFNγ，T細胞活性可以被IFNγ進一步加強，C4-mDAP也發生細胞凋亡；而當與自體PBMC（C4-PBMC）共培養時，無論有沒有IFNγ，細胞死亡都不會發生。因此，mDAN的死亡不是移植的自體mDAP的免疫原性導致的。
體外實驗檢測細胞因子對mDAP的影響
接下來他們檢測了促炎性細胞因子對C4-mDAP的影響，發現用IFNγ處理後第七天可以檢測到caspase-3剪切，伴隨著約12%-15%的細胞凋亡，總的細胞數目、TH+細胞數目（減少超過80%）、TH表達水平和TH+神經突長度都顯著減小。而當與自體Treg細胞共培養時，IFNγ誘導TH+細胞的凋亡幾乎完全得到挽救。
Treg細胞對異種移植物的治療效果
根據以上結果，他們猜測在細胞治療過程中進行紋狀體內共移植宿主自體Treg細胞可以保護移植的mDAN。他們共移植了C4-mDAP和大鼠自體Treg細胞到6-OHDA損傷的大鼠（模擬PD）紋狀體中，發現在沒有CsA（環孢黴素A，一種免疫抑制劑）處理時，大鼠的運動表型不會得到改善；而當給大鼠每天注射CsA時，移植C4-mDAP 20周後可以顯著改善運動表現，共移植自體Treg細胞可以進一步改善運動表型，免疫細胞浸潤和細胞死亡也被明顯抑制。
Treg細胞對自體移植物的治療效果
接下來他們對C4人源化小鼠進行立體定向注射6-OHDA到大腦黑質中得到PD模式小鼠，然後共移植C4-mDAP和C4-Treg細胞到紋狀體中，移植後這些小鼠的存活期不超過兩個月，這可能是由於移植物抗宿主病（GVHD）。然後他們用免疫缺陷的NSG小鼠，進行單側6-OHDA損傷，當移植C4-mDAP時20周後運動表型得到改善；當共移植C4-Treg細胞時，16周後運動表型就得到改善。免疫組化結果顯示，移植後2周時，移植的細胞數目約為100000，而移植20周後，數目增加到了約673000（無Treg共移植）和401000（有Treg共移植），雖然有Treg細胞共移植條件下的總細胞數目和移植物體積更小，但是總TH+細胞數目更多，神經細胞比總細胞的比例也更高。
總的來說，這項研究揭示了PD的細胞療法過程中移植的mDAN死亡的原因，並提出了解決方法，即共移植自體Treg細胞，為未來通過細胞療法治療PD新的思路和方向。
原文連結：
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06300-4
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