脊髓小脑性共济失调(spinocerebellar ataxia, SCA)是一组常染色体显性遗传的以在脊髓、脑干和小脑中进行性变性为特征的具有遗传异质性的神经系统退行性疾病，主要表现为进行性小脑共济失调，可伴锥体束征、锥体外系征、情绪障碍、色素性视网膜病、动眼神经功能紊乱、周围神经病和认知障碍等，并严重影响患者生活质量^[1]。依据不同致病基因，SCA至少可分为40型^[2]。其中以SCA3最为多见，在中国SCA患者中约占48%~49%^[3]。SCA的发病机制多样，最常见由编码多聚谷氨酰胺的CAG重复扩增引起，也可由诸如SCA8和SCA10等基因的非编码区扩增所致^[4]。目前，针对SCA的治疗主要以调节神经递质、改善代谢和营养神经等药物为主，但仅能轻微改善症状，不能阻止病情进展。

干细胞具有自我更新能力和分化潜能，近年来关于其临床应用的研究取得了极大进展，为SCA的治疗提供了新思路。利用干细胞多向分化潜能，生成神经系细胞，以此替换相应受损细胞，通过重建神经元回路，刺激内源性再生过程，发挥非特异性营养作用来治疗SCA^[5]。目前用于移植治疗的干细胞有胚胎干细胞(embryonic stem cell, ESC)、神经干细胞(neural stem cell, NSC)、间充质干细胞(mesenchymal stem cell, MSC)和诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cell, iPSC)等。

1 干细胞的定义

干细胞是一类具有自我更新能力的未成熟细胞，依据不同分化潜能可分为全能干细胞(totipotent stem cell)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和专能干细胞(multipotent stem cell)等^[6]。不同种类的干细胞具不同特征，ESC是一种多能干细胞，来源于囊胚全能细胞，具分化为所有3个胚层(内胚层、中胚层和外胚层)细胞的能力^[7]。iPSC也为一种多能干细胞，来源于成人体细胞，其生长特征和发育潜力等与ESC高度相似^[8]。MSC和NSC均属专能干细胞，可分化为同一胚层来源组织的所有细胞^[7]。干细胞的多向分化潜能促进了医学发展，以其为基础的细胞替代疗法在损伤修复和退行性病变中的应用具有广泛前景。

2 干细胞移植治疗SCA 2.1 胚胎干细胞

自1998年首个人胚胎干细胞系建立以来^[9]，人们便希望其能为各种疾病的替代疗法提供细胞来源。现如今已有大量动物实验证明ESC移植对帕金森病(Parkinson’s disease, PD)和亨廷顿病(Huntington’s disease, HD)等神经退行性病变有效^[10-13]。

为评估ESC移植的安全性和有效性，2009年Geron公司获美国食品和药物管理局(FDA)批准，将ESC移植至急性脊髓损伤患者体内，是ESC移植的首次人体试验^{[14, 15]}。2015年，Shroff课题组首次对3例SCA患者进行ESC移植治疗，发现患者症状均有所改善，但该移植治疗的安全性和有效性仍需进一步临床试验予以验证^[16]。

2.2 神经干细胞

NSC可分化为神经元和星形胶质细胞等神经系统细胞，并可产生神经营养因子，具神经保护作用^{[17, 18]}。2009年，北京一项关于移植NSC治疗遗传性小脑萎缩的研究佐证了上述观点，也说明将其用于SCA临床治疗的可能性^[19]。

但成人脑部体积较大，细胞迁移距离长以及NSC之间及其与子代细胞之间迁移的互相抑制，阻碍了NSC移植在人脑中的应用^[20]。2017年，加州大学研究团队^[21]发现通过对大鼠大脑传递定向电流，可诱导NSC迁移(甚至可逆内在固有信号诱导方向迁移)，为NSC在SCA患者中的应用提供了新思路。

2.3 间充质干细胞

MSC可介导损伤组织微环境的修饰以增强内源性神经再生和保护作用。在神经损伤部位移植的MSC可通过产生营养因子以诱导宿主神经元存活和再生，进而促进功能的恢复^[22]。通过鞘内注射MSC，可抑制SCA小鼠模型浦肯野细胞层解体和树突分支萎缩，进而维持其运动能力^[23]。

骨髓是最先被提出的MSC来源，但骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BM-MSCs)的数量及分化潜力随供体年龄的增加而递减，且采集的侵入性较大，进而限制了临床应用^[24]。脐带血是MSC的另一来源，相比于BM-MSC而言，脐带血间充质干细胞(umbilical cord blood mesenchymal stem cells, UCB-MSC)可长期培养，具更高的扩增潜力，并且在形态和免疫表型方面与BM-MSCs无显著差异^[24]。截至目前已有多则实验证实UCB-MSCs可用于SCA患者的治疗^{[25, 26]}。2017年来自美国的科研团队发现使用电针灸的方法刺激人类的特殊免疫点，如LI-4、LI-11、Du-14和Du-20等，可通过下丘脑和自主神经系统的活化刺激MSC释放入外周血中。并且，通过该种方式诱导动员的MSC可离体扩增并具多向分化潜能，有望以此作为治疗用MSC的另一细胞来源^[27]。

2.4 诱导性多能干细胞

Yamanaka等^[28]利用基因转染技术给小鼠成纤维细胞导入4种转录因子(Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4)，使其重构而形成的胚胎干细胞样多能细胞，即iPSC。通过该技术，可利用皮肤和血细胞等获取用于细胞替代治疗的胚胎干细胞样细胞，进而避免伦理等方面问题^[29]。

iPSC携带病人精准的遗传学信息，越来越多的研究将其用于遗传性疾病模型建立，进而探索其发病机制，寻找特异性治疗方案^[30]。迄今为止，已有多则实验成功使用iPSC建立SCA疾病模型^[31-33]。Xia等^[34]分别利用SCA2患者和正常受试者皮肤获取SCA2 iPSC和对照iPSC，发现SCA2 iPSC神经分化过程与对照不同。两种来源的iPSC均可聚集形成神经球，但SCA2 iPSC无法正常形成神经花环，代之演变为囊状样结构。

利用iPSC构建的疾病模型可模拟蛋白质异常。SCA3发病与ATXN3蛋白异常聚集有关，L-谷氨酸可刺激SCA3 iPSC衍生的神经元，启动ATXN3钙依赖性蛋白水解酶，以致ATXN3不溶性聚集。并且通过钙蛋白酶抑制剂可抑制该过程，表明此蛋白水解酶对SCA3发病具重要作用^[35]。

此外，iPSC可用于SCA患者的药物筛选研究。Ishida等^[36]发现SCA6 iPSC来源的浦肯野细胞可表现出甲状腺激素耗竭依赖性变性特征，而利用促甲状腺激素释放激素(TRH)和利鲁唑可抑制该表现。

3 干细胞移植治疗SCA所面临的挑战 3.1 各种移植细胞的局限性

ESC、MSC、NSC和iPSC等均可分化为神经系细胞，具SCA治疗潜力，但各种干细胞均具自身局限性，选择合适的移植细胞至关重要。

ESC是干细胞治疗的重要细胞来源，但因伦理、免疫排斥和潜在致瘤性等问题严重限制了其临床应用^[37]。

NSC细胞来源有限，异体移植存活率较低^[38]。此外宿主微环境的介质(生长因子、细胞因子和神经递质等)可影响移植细胞分化，在NSC移植之前通过引发相应微环境，确定合适的治疗窗口可大大增强治疗效果，但截至目前关于宿主微环境对移植NSC影响的研究仍较少。另外，移植细胞可能处于不同的分化阶段显示出不同的基因表达谱，对这些细胞进行鉴定至关重要，而目前仍缺乏相应特异性标记^[39]。

MSC也可分化为神经系细胞，且无致瘤性，但其应用仍受免疫排斥作用的局限^[37]。截至目前，绝大多数MSC治疗的临床试验并未出现严重不良反应，但由于随访时间有限，患者数量少，仍需要进一步验证其安全性^{[4, 25, 26]}。

iPSC虽可解决ESC伦理问题，但仍具存在致瘤风险、诱导与再分化效率难以保证等问题^[40]。此外，iPSC来源于自体细胞，理论上可避免排斥反应，而2011年有研究表明通过移植同系小鼠iPSC可引起免疫排斥，与以往观点相左^[41]。尽管随后Guha等^[42]并未得到相似结果，认为细胞替代治疗中iPSC的应用不需辅以免疫抑制，但对于临床治疗而言，经基因修饰等操作后与疾病逆转相关的iPSC是否还保持原有未分化iPSC免疫特征仍未知^[43]。

3.2 较多影响因素影响干细胞移植疗效

Chang等^[4]分别利用静脉注射和颅内注射两种途径对SCA2小鼠模型移植MSC，发现静脉移植组小鼠运动功能在33~40周龄时明显改善，而颅内移植组无明显变化。此外，静脉注射组小鼠小脑浦肯野细胞(Purkinje cells, PCs)存活数目和移植MSC存活数目均高于颅内移植组，说明静脉注射途径移植MSC的效果较颅内注射更强。该疗效差异可能与颅内移植注射部位为髓质背面，MSC迁移距离较长有关。

Chinatawar等^[44]在SCA1小鼠模型5周龄、13周龄和24周龄时将神经前体细胞(neural precursor cell, NPC)注射至其小脑白质，发现移植细胞仅在于24周龄时接受注射的小鼠中迁移至小脑皮质，而对于PC细胞尚未明显损失(5周龄和13周龄)的小鼠，并未迁移至小脑皮质。认为NPC迁移可能需要相应诱导信号吸引，当PCs数目正常或接近正常时，无法产生足够强的诱导信号促使迁移。

故不同移植途径、不同移植时间等均可造成移植疗效的差异，如何保证治疗效果仍是一大难题。

4 结论

干细胞移植具有广阔的应用前景。干细胞可作为替代治疗的细胞来源为损伤组织的修复，神经系统变性疾病的治疗等带来新希望。利用干细胞移植建立动物模型可用于SCA、PD等神经退行性病变致病机制的研究，并为研发相应药物提供支持。然而，SCA患者干细胞治疗距大规模临床应用仍有较大差距，仍存在很多问题亟待解决，如干细胞治疗的作用机制仍不明确；尚无保证移植细胞长期存活的技术；干细胞移植受诸多因素影响；难以保证治疗效果等。期待随着进一步研究，干细胞治疗的临床应用取得更为显著的进展。