新闻中心

联系我们

全国服务热线:

0574-56266216

宁波易赛腾生物科技有限公司

联系人:15058051886(柳先生)

联系邮箱:phageliu@163.com

联系人:15268419073(刘先生)

联系邮箱:Imlect2019@163.com

地址:宁波市镇海区中官西路777号

当前位置: 首 页 > 新闻中心 > 技术资讯

敲降PTB可将星形胶质细胞转分化为神经元

2022-02-14 14:39:56

2020年6月24日,加州大学圣地亚哥分校付向东团队在Nature 上发表题为Reversing a model of Parkinson’s disease with in situconverted nigral neurons 的研究论文,论文表明在患帕金森病的小鼠模型中,敲降PTB可激发星形胶质细胞转分化为神经元的潜力,促使星形胶质细胞转分化为诱导多巴胺(iDA)神经元,进而可以改善帕金森病小鼠神经功能损伤的症状。这一实验成果为治疗神经退行性疾病带来了新的希望。

一直以来,将大脑中丰富的星形胶质细胞转分化为神经元进行替代治疗是神经退行性疾病最理想的治疗方案。近几年,这方面的研究取得了比较好的进展。研究发现,皮肤细胞或星形胶质细胞等细胞类型可以通过过表达转录因子、microRNA 或小分子在体外转化为其他细胞类型,包括在帕金森病中大量缺失的多巴胺神经元。这种方法也被用于小鼠模型中,将小鼠的星形胶质细胞转分化为神经元。例如,将帕金森病小鼠大脑纹状体中的星形胶质细胞转分化为iDA神经元,可以部分纠正小鼠模型中的运动缺陷。然而,使用这种方法生成的iDA 神经元既没有形成健康大脑中类似的远距离神经元连接,也没有全面恢复小鼠的运动行为。付向东团队的研究人员便通过另外一种方法,即敲降星形胶质细胞中抑制细胞向神经元分化的RNA 结合蛋白PTB,来有效地重新编程星形胶质细胞转分化为神经元。

钱浩教授用从小鼠大脑皮层、中脑、和人类皮层分离的星形胶质细胞进行体外实验,实验中使用一种名为小发夹的 RNA 分子促进降解编码PTB Ptbp1基因的信使RNA,将星形胶质细胞转分化为iDA神经元。周专教授及其同事使用基因组编辑技术,即CRISPR–CasRx技术,敲除从小鼠皮层分离的星形胶质细胞中的 Ptbp1 mRNA基因,成功将小鼠星形胶质细胞转分化为iDA神经元。

接下来,研究人员在帕金森病小鼠模型中观察敲降PTB产生的影响。在这些患病的小鼠模型中,黑质中释放多巴胺的神经元损伤严重,纹状体中的多巴胺表达水平异常,导致运动行为缺陷。钱教授及其同事在小鼠黑质中进行研究,而周教授等研究人员在小鼠纹状体中进行实验。两种方法都产生了相同的结果:一些受感染的星形胶质细胞转分化为类似于帕金森病中丧失的神经元,并恢复了运动行为。

这两组研究结果表明,敲降PTB会导致星形胶质细胞转分化为一定程度上适合其所在大脑区域的神经元类型。研究发现,中脑星形胶质细胞表达水平比较低的转录因子Lmx1a和Foxa2在分化为多巴胺神经元的祖细胞中表达水平比较高,并且Lmx1a和Foxa2是这些祖细胞成熟为神经元所必需的生物因子。敲降PTB进一步增强了这些因子在中脑星形胶质细胞中的表达。而在皮质星形胶质细胞中,敲降PTB导致细胞中与皮质神经元相关的转录因子表达水平上调,如Ctip2和Cux。此外,黑质和邻近腹侧被盖区星形胶质细胞的重编程产生了与iDA 神经元不同的亚型神经元,它们表达特异性转录因子和蛋白质:黑质中的是 Sox6 和 Aldh1a1,腹侧被盖区中的是 Otx2。

钱教授及其同事的研究结果表明,大脑区域特异性转录因子有助于星形胶质细胞向iDA神经元的转换。但是,这种机制无法解释为什么纹状体星形胶质细胞表达另一组不同区域特异性转录因子也能将纹状体星形胶质细胞转分化为iDA神经元。

周教授及其同事在帕金森病小鼠模型中的研究结果显示:与治疗一个月的对照组小鼠相比,实验组小鼠iDA神经元的转换效率提高了近三倍。这些结果表明,星形胶质细胞本身以及环境中的细胞可通过表达促进星形胶质细胞向iDA神经元转化的生物因子来响应多巴胺神经元的缺失。钱浩教授发现小鼠中脑的转换效率高于分离的中脑星形胶质细胞,表明局部脑源性生物因子在iDA神经元转分化中的作用。识别细胞内在或外在的与细胞损伤或疾病相关的特异性因素是进一步提高星形胶质细胞向神经元转换效率的关键。

image.png

星形胶质细胞向神经元转化的途径:放射状胶质祖细胞是干细胞样细胞 ——在发育中的小鼠中脑——敲降表达编码蛋白质 PTB 的信使 RNA。 这些细胞可以产生星形胶质细胞,它们也表达这种mRNA,并产生神经元。 两组报告说,成人星形胶质细胞中 PTB 的减少会致使细胞转分化为神经元。在帕金森病的小鼠模型中,敲降PTB可产生多巴胺神经元,并恢复了部分运动能力(未显示)。

那么为什么星形胶质细胞会不断抑制神经元基因表达呢?一种解释是细胞的发育起源导致的。星形胶质细胞和神经元有共同的祖先,称为放射状胶质祖细胞,即干细胞样细胞。在发育过程中,首先产生神经元,然后分化成星形胶质细胞和其他支持神经元的胶质细胞。在发育中的小鼠中脑,所有放射状胶质细胞类型都表达 Ptbp1,而神经元前体和神经元则不表达。中脑星形胶质细胞作为放射状胶质细胞的后代继承了一个程序来生成处于休眠状态的神经元,敲降PTB便会启动该程序(如上图)。 Ptbp1也在其他中脑细胞类型中表达,包括血管中的内皮细胞和周细胞、心室腔内的室管膜细胞和称为小胶质细胞的免疫细胞。下一步将研究敲降PTB是否也可以在帕金森病动物模型中将这些细胞转化为 iDA 神经元。

另一方面,实验发现,转分化的 iDA 神经元主要投射到隔膜,而不是纹状体,并且只有8% 投射到隔膜的纤维来自iDA神经元。相对而言,比较好的结果是,超过一半到达纹状体的纤维是由iDA神经元提供的。这一发现连同之前的实验结果为 iDA 神经元对黑质纹状体神经通路的功能重建提供了证据。

在最后一组实验中,研究人员探索出一种可将他们的方法用于临床的方法:使用反义寡核苷酸与mRNA 结合阻止其翻译成蛋白质。针对 PTB 的反义寡核苷酸导致了iDA 神经元的产生以及帕金森病小鼠模型中的运动功能恢复,该结果证明了该方法的有效性。      

但转分化方法适用于临床还需要解决一些问题:首先是转化效率,实验中60-65%受感染的星形胶质细胞不会转分化为iDA神经元。这个比例必须降低,一方面可以通过更集中地靶向黑质中的星形胶质细胞;另一方法是通过引入使非黑质星形胶质细胞转化为 iDA 神经元的因素。其次,需要检查人类中脑和纹状体星形胶质细胞是否也可以转化为iDA神经元,以及转分化的目标细胞是否正确并且长期稳定。另外,需仔细评估 PTB 消耗的安全性和用于提供治疗的策略,以排除任何其他因素对宿主脑细胞或转分化细胞的横向损伤,以及该策略造成的其他损伤。尽管仍有许多问题有待回答,但这种基因疗法的简单和高效使其具有非常广阔的发展前景。



标签

联系我们
公众微信号

扫一扫添加微信

联系人:柳先生15058051886

联系邮箱:phageliu@163.com

联系人:刘先生15268419073

联系邮箱:Imlect2019@163.com

地址:宁波市镇海区中官西路777号