干细胞治疗缺氧缺血性脑病的免疫耐受新策略

Hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) is a leading cause of mortality and disability in the world with few effective treatments. The level of endogenous neurogenesis after HIE is low. Human embryonic stem cells (hESCs) can undergo unlimited self-renewal and retain the pluripotency to differentiate into all cell types in the human body. Animal studies have suggested that hESC-derived neural stem/progenitor cells (hESC-NPCs) provide a promising cell therapy for HIE. However, HIE imposes many challenges to the development of this cell therapy. For example, the extensive disruption of the blood-brain barrier promotes the allogenic immune rejection of the hESC-NPCs. In addition, the inflammatory microenvironment after HIE can rapidly kill the transplanted cells, particularly by oxidative stresses. We propose to establish humanized mouse model with functional human immune system to track the survival and differentiation of hESC-NPCs, to develop new strategies to prevent allogenic immune rejection and inhibit inflammatory reaction and oxidative stresses. These studies will greatly facilitate the feasibility of clinical development of hESC-based cell therapy of HIE.

缺氧缺血性脑病（HIE）是全球死亡和残疾的主要原因之一，且缺乏有效的治疗方案。而内源神经系统的再生能力低下,不足以修复其导致的神经系统的损伤。人类胚胎干细胞（hESCs）能无限地自我更新，同时保持分化为人体各种体细胞的潜力。虽然其来源的神经干/前体细胞(hESC-NPCs) 在 HIE的治疗中具有广阔的前景。但开发此HIE的细胞治疗还面临着许多挑战。例如,HIE导致血脑屏障的广泛破坏，促使异体hESC-NPCs被免疫排斥。此外,HIE后脑损伤的炎性微环境能通过氧化应激反应等迅速杀死移植的细胞。在本课题的研究中，我们拟解决这些阻止临床应用hESC-NPCs治疗HIE的瓶颈，包括建立人源化鼠模型在活体内追踪移植的hESC-NPCs的迁移,分化及功能,研究防止免疫排斥,抑制损伤区域局部炎症反应和过氧化应激反应的策略。解决这些瓶颈问题将大大提升临床开发hESC-NPCs 细胞治疗HIE的可行性。

在成功制作了新生鼠缺氧缺血性脑损伤模型和具有人类免疫系统的小鼠（人源化鼠，humanized mice,Hu-mice)的基础上，1，构建了经基因修饰而表达免疫抑制因子(CTLA4-Ig, PD-L1等)的hESC，保证其衍生细胞都表达敲入的免疫抑制因子，在人源化鼠模型中验证构建的免疫耐受策略，结果显示在hESC的衍生细胞中同时表达“CTLA4－Ig和PD－L1”（定名为CP-hESC），可以充分地保护其不被受体免疫排斥，而且此免疫抑制为局部性，对整体的免疫系统没有影响。2，将单纯疱疹病毒胸苷激酶的自杀基因(HSVTK)敲入CPhESCs的基因位点HPRT，表示为TCPhESCs。在人源化小鼠中，证明了TCPhESC衍生的细胞同样具有免受免疫排斥，同时TCPhESC衍生的细胞在体外和体内都可以被FDA批准的胸苷激酶靶向药物更昔洛韦(GCV)有效地消除。克服了CPhESCs衍生的细胞可以逃避免疫监视，但增加了致癌症风险的安全问题。3，采用同源重组技术将荧光蛋白mCherry基因敲入hESC的Nestin位点，用于体内外跟踪hESC分化而得的Nestin阳性的NPC（神经干细胞，neural stem/progenitor cells, NPCs）。还可以根据不同的萤光强度进一步纯化hESC分化的NPC。. 以上系统的成功建立，为进一步研究hESC衍生NPC治疗HIE的新策略奠定基础。