研究表明，通過海馬內移植鼠神經幹細胞（NSC）可使神經元發生補充或替換，進而減輕神經變性，改善AD齧齒動物的認知功能。然而，鮮有關於人類神經幹細胞（hNSC）移植治療AD的報導。
這項發表在Frontiers in Aging Neuroscience的文章Human Neural Stem Cell Transplantation Rescues Cognitive Defects in APP/PS1 Model of Alzheimer’s Disease by Enhancing Neuronal Connectivity and Metabolic Activity中，作者將hNSCs植入APP/ PS1轉基因（Tg）小鼠模型的雙側海馬中，觀察hNSC移植對AD行為學和神經病理學的影響。此項研究表明，移植的hNSCs可通過補償機制增強APP / PS1小鼠的神經元連接性和代謝活性，從而減輕了AD相關的認知功能障礙。
1，移植hNSCs在大腦中存活、遷移和分化
本研究使用GFP標記hNSCs，以鑑定移植後6周內APP /PS1小鼠大腦各個區域中移植細胞的位置。GFP陽性細胞廣泛地從移植部位（海馬CA1區）分布到周圍區域，包括胝體、鄰近皮層，甚至分布到丘腦和外囊等較遠的區域（圖1A–G）。定量分析顯示，大多數hNSCs與DAPI染色共定位良好（94.7±5.6％），其中一些細胞分化為星形膠質細胞(9.8 ± 8.7%)或成熟的神經元(2.4 ± 4.4%; Figure1R)。
圖1. hNSCs的存活，遷移和分化。（A）冠狀腦部分的示意圖，綠色螢光蛋白（GFP）標記的移植細胞（綠色點）的分布。星號代表移植部位。（B，C）移植的hNSCs移植入海馬，並且它們廣泛地遷移到胼胝體（D），額葉皮層（E），丘腦（F）和外囊（G）中。（H，I）GFP標記的hNSC與DAPI共定位。一些hNSC分化為GFAP-星形細胞或成熟神經元（J–R）。
2，hNSC移植可減輕APP / PS1小鼠的學習和記憶能力缺陷
實驗和Morris水迷宮結果顯示，hNSC移植可以緩解AD小鼠的認知，學習和記憶能力，但不能緩解焦慮水平。
圖2.行為學測試。（A）測試（OFT）測試的分析；（B） WT和NSC組之間的判別指數（DI）；（C）Morris水迷宮（MWM）訓練期的逃避潛伏期；（D）MWM中代表性運動軌跡。（E）MWM的第六天在目標象限中運動距離的百分比、平均速度和穿臺次數。
3，hNSC移植可減少AD小鼠大腦中的可溶性Aβs，但不能減少溶性Aβs和斑塊負擔
為了評估hNSC對APP/PS1小鼠腦中Aβ病理的影響，在NSC、PBS和WT組小鼠中均評估了Aβ水平和斑塊負擔。由於不溶性Aβ是從可溶性Aβ到老年斑的中間產物，因此分別測試了兩種Aβ形式。結果表明，hNSC移植可減少AD小鼠大腦中的可溶性Aβs，但不能減少溶性Aβs和斑塊負擔。
圖3. hNSC對APP/PS1小鼠腦Aβ病理的影響。（A）ELISA結果分析；（B） 各組小鼠的皮質和海馬中的代表性Aβ1–16 （6E10）染色圖像。（C）額葉皮層和海馬的Aβ斑塊數量、面積和斑塊強度。
4，通過hNSC移植挽救AD小鼠大腦中的神經元丟失和連接
突觸損傷是AD的另一個重要特徵。為了評估hNSC移植後突觸的變化，本研究檢測了突觸素（SYP）的免疫反應性，hNSCs顯著增加了AD小鼠的突觸密度，且統計學上達到了與WT小鼠相同的水平。超微結構分析表明，在WT小鼠的皮質和海馬中突觸較密集且結構完整，在PBS組小鼠中出現結構疏鬆且分布稀疏，但在NSC組小鼠中突觸結構相對完整，分布較密集。
圖4.hNSC保護了APP / PS1小鼠大腦中的突觸損傷。（A）各組小鼠大腦中的SYP染色切片及額葉皮層和海馬中的SYP定量。（B）超微結構分析，箭頭指示突觸。
突觸損傷通常與AD腦神經元樹突損傷有關，本研究用MAP2標記以評估突觸-樹突損傷。結果顯示與PBS組相比，NSC組小鼠的MAP2染色樹突覆蓋的神經纖維的面積百分比顯著增加，且NSC和WT組小鼠在額葉皮層和海馬中顯示出相當的MAP2免疫反應水平（圖6A）。
超微結構分析顯示，PBS組小鼠皮層和海馬中無髓型神經纖維表現出外觀增大和組織混亂，而在NSC組小鼠中，損傷明顯得到修復。同樣，NSC組和WT小鼠的有髓神經纖維相對完整（圖6B）。
圖6. hNSC改善了APP / PS1小鼠大腦中的神經纖維。（A）各組小鼠大腦中的微管相關蛋白2（MAP2）染色及定量。（B）超微結構分析，箭頭指示神經纖維。
5，hNSC移植改善AD小鼠大腦的神經元代謝活性
本研究應用1H-MRS評估hNSC移植後腦代謝的變化。這些結果表明，hNSCs移植顯著提高了APP/PS1小鼠大腦的NAA和Glu水平，但幾乎不影響其mI和Cho水平，表明hNSC移植改善了AD大腦的神經元代謝活性。
圖7. hNSC改善了APP / PS1小鼠的腦代謝活性。（A）大腦感興趣區域（ROI）（白框）以及來自各組小鼠的代表性光譜。NAA：N-乙醯天門冬氨酸，Glu：葡萄糖，mI：肌醇，Cho：膽鹼，Cr：肌酸。紅色箭頭表示代謝變化的方向。（B）量化三組小鼠皮質和海馬體中每種代謝物與肌酸（Cr）的相對比例。
6，總結
這項研究表明，hNSC移植可以改善APP/PS1 Tg小鼠模型的認知功能障礙。移植的hNSCs可在腦中存活和遷移，並分化為星形膠質細胞和成熟神經元等細胞類型。植入的hNSCs改善了神經元、突觸和神經纖維的密度和結構，增強了神經元的代謝活性，但對Aβ斑塊負荷無影響。
由此得出，移植的hNSCs可能通過與增強神經元的連接性和代謝活性相關的補償機制來改善阿爾茨海默氏症的認知功能。這項研究為hNSC移植在AD治療中的應用提供了臨床前證據。在將hNSC應用於AD臨床患者之前，仍需要進一步研究其在AD腦中的相關分子機制。
參考文獻：
LI X, ZHU H, SUN X,et al. Human Neural Stem Cell Transplantation Rescues Cognitive Defects inAPP/PS1 Model of Alzheimer’s Disease by Enhancing Neuronal Connectivity andMetabolic Activity [J].
編譯作者：樂行僧 (Brainnews創作團隊)
校審：Simon (Brainnews編輯部)