您所在的位置:您所在的位置:首页 » 资讯头条 » 运动健康 中国科学家通过胶质细胞向神经元转分化治疗神经性疾病的基础研究取得重要进展

中国科学家通过胶质细胞向神经元转分化治疗神经性疾病的基础研究取得重要进展

有1233人浏览 日期:2020-06-22放大字体  缩小字体

       《细胞》期刊今天凌晨在线发表了题为《通过CRISPR-CasRx介导的胶质细胞向神经元的转分化治疗神经性疾病》的研究论文,该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杨辉研究组完成。该项研究通过运用最新开发的RNA靶向CRISPR系统CasRx特异性地在视网膜穆勒胶质细胞中敲低Ptbp1基因的表达,首次在成体中实现了视神经节细胞的再生,并且恢复了永久性视力损伤模型小鼠的视力。同时,该研究还证明了这项技术可以非常高效且特异地将纹状体内的星形胶质细胞转分化成多巴胺神经元,并且基本消除了帕金森疾病的症状。该研究将为未来众多神经退行性疾病的治疗提供一个新的途径。

人类的神经系统包含成百上千种不同类型的神经元细胞。在成熟的神经系统中,神经元一般不会再生,一旦死亡,就是永久性的。神经元的死亡会导致不同的神经退行性疾病,常见的有阿尔兹海默症和帕金森症。此类疾病的病因尚不明确且没有根治的方法,因此对人类的健康造成巨大威胁。据统计,目前全球大约有1亿多的人患有神经退行性疾病,而且随着老龄化的加剧,神经退行性疾病患者数量也将逐渐增多。在常见的神经性疾病中,视神经节细胞死亡导致的永久性失明和多巴胺神经元死亡导致的帕金森疾病是尤为特殊的两类,它们都是由于特殊类型的神经元死亡导致。我们之所以能看到外界绚烂多彩的世界,是因为我们的眼睛和大脑中存在一套完整的视觉通路,而连接眼睛和大脑的神经元就是视神经节细胞。作为眼睛和大脑的唯一一座桥梁,视神经节细胞对外界的不良刺激非常敏感。研究发现很多眼疾都可以导致视神经节细胞的死亡,急性的如缺血性视网膜病,慢性的如青光眼。视神经节细胞一旦死亡就会导致永久性失明。据统计,仅青光眼致盲的人数在全球就超过一千万人。帕金森疾病是一种常见的老年神经退行性疾病。它的发生是由于脑内黑质区域中一种叫做多巴胺神经元的死亡,从而导致黑质多巴胺神经元不能通过黑质-纹状体通路将多巴胺运输到大脑的另一个区域纹状体。目前,全球有将近一千万人患有此病,我国尤为严重,占了大约一半的病人。如何在成体中再生出以上两种特异类型的神经元,一直是全世界众多科学家努力的方向。

该研究中,研究人员首先在体外细胞系中筛选了高效抑制Ptbp1表达的gRNA,设计了特异性标记穆勒胶质细胞和在穆勒胶质细胞中表达CasRx的系统。所有元件以双质粒系统的形式被包装在AAV中并且通过视网膜下注射,特异性地在成年小鼠的穆勒胶质细胞中下调Ptbp1基因的表达。大约一个月后,研究人员在视网膜视神经节细胞层发现了由穆勒胶质细胞转分化而来的视神经节细胞,并且转分化而来的视神经节细胞可以像正常的细胞那样对光刺激产生相应的电信号。研究人员进一步发现,转分化而来的视神经节细胞可以通过视神经和大脑中正确的脑区建立功能性的联系,并且将视觉信号传输到大脑。在视神经节细胞损伤的小鼠模型中,研究人员发现转分化的视神经细胞可以让永久性视力损伤的小鼠重新建立对光的敏感性。为进一步发掘Ptbp1介导的胶质细胞向神经元转分化的治疗潜能,研究人员证明了该策略还能特异性地将纹状体中的星形胶质细胞非常高效的转分化为多巴胺神经元,并且证明了转分化而来的多巴胺神经元能够展现出和黑质中多巴胺神经元相似的特性。在行为学测试中,研究人员发现这些转分化而来的多巴胺神经元可以弥补黑质中缺失的多巴胺神经元的功能,从而将帕金森模型小鼠的运动障碍逆转到接近正常小鼠的水平。

需要指出的是,虽然科学家们在实验室里取得了重要进展,但是要将研究成果真正应用于人类疾病的治疗,还有很多工作要做。人类的视神经节细胞能否再生?帕金森患者是否能通过该方法被治愈?这些问题有待全世界的科研工作者共同努力去寻找答案。

脑智卓越中心博士后周海波、助理研究员苏锦霖、博士研究生胡新德、周昌阳、李贺、陈昭融为论文共同第一作者,中科院脑智卓越中心杨辉研究员、博士后周海波为共同通讯作者。同时,脑智卓越中心学术主任蒲慕明院士、徐华泰研究员、张翼凤研究员、姚海珊研究员和周嘉伟研究员对该研究给予了大力协助。该研究得到了脑智卓越中心基因编辑平台、流式平台、光学成像平台和实验动物平台的大力支持。该研究获得了中国科学技术部、国家自然科学基金、中国科学院、上海市的项目资助。

图片2.png 

图注:(上)CasRx通过靶向的降解Ptbp1 mRNA从而实现Ptbp1基因表达的下调。(中)视网膜下注射AAV-GFAP-CasRx-Ptbp1可以特异性的将视网膜穆勒胶质细胞转分化为视神经节细胞,转分化而来视神经节细胞可以和正确的脑区建立功能性的联系,并且提高永久性视力损伤模型小鼠的视力。(下)在纹状体中注射AAV-GFAP-CasRx-Ptbp1可以特异性的将星形胶质细胞转分化为多巴胺神经元,从而基本消除了帕金森疾病模型小鼠的运动症状。

逆天改命,打破分化之壁,在与神经退行性疾病的斗争中基因编辑再立奇功

作者:中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心 唐骋

帕金森病,大家或多或少应该听说过,从神经科学的角度来说,帕金森病本质上是人脑中某个区域的多巴胺神经元大量特异性死亡,这些神经元平时负责传递运动信号的神经元,它们一旦死掉太多,来自大脑的运动指令便难以下达给机体,于是病人便会出现各种运动障碍与失调的症状。

类似这样因为神经元死亡而产生的疾病被称为“神经退行性疾病”

然而尴尬的是,我们的神经细胞却偏偏不可再生,死一个少一个,因此对于诸如帕金森病这样的,传统疗法大多只能通过各种手段减缓神经元死亡的速度,对于已经逝去的神经细胞则无力回天,可谓治标不治本。

那如果我非要治本行不行呢?

别说,还真有办法,通俗点讲就是让别的细胞转职再就业,变成神经元细胞。

随着医学技术的进步,人们发现只要适当调控某些基因,就能让细胞出现所谓的转分化现象,也就是从一种细胞变成另一种细胞。比如说降低Ptbp1基因,就有一定的概率在体外将其他类型细胞转换成神经元。

诶,这不就齐活了么,人类大脑中胶质细胞的数量在神经细胞的十倍以上,而且还能不断产生新的,根本就是取之不尽用之不竭呀。如果将人脑中的胶质细胞变成多巴胺神经元,岂不是正好可以顶替帕金森病患者脑中死去的神经元,给他们补补脑么。

然而理想很丰满,现实很骨感。对细胞来说,基因表达是个非常敏感的事情,多一点少一点都会有问题,而传统调控基因表达的方法往往过于生猛,经常会矫枉过正,带来难以预料的副作用。更麻烦的是,传统方法一般只能在细胞培养皿里面实现对特异类型神经元的转分化

因此如何在体内安全地实现神经元的转分化来治疗不同的神经退行性疾病就成了临床上迫切需要解决的问题

而这一切在2020年4月8日有了答案。《细胞》期刊在线发表了题为《通过CRISPR-CasRx介导的胶质细胞向神经元的转分化治疗神经性疾病》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杨辉研究员以及博士后周海波领导完成。

在前几年,这个团队就设计了一套基于改造版CRISPR/Cas9的基因激活系统。传统上,CRISPR/Cas9是一种用来实现靶向切割制定DNA序列的系统,不过研究团队将这个系统中的一部分氨基酸序列做了修改,使之只能精确靶向但不能切割,同时还给它加了一套可以激活基因的外挂,于是,它摇身一变成了能够精确激活指定基因表达的系统。

这套系统的好处还在于,它比任何传统的提高基因表达的工具都更加“温柔”,只会对内部存在的基因进行调控,而且一旦细胞转分化完成,便会逐渐功成身退,深藏功与名,不再给这个细胞惹麻烦。单此一项就大大降低了细胞转分化的临床风险。

除此以外,研究团队还把这套系统装载进了一个叫做腺相关病毒的载体当中,这些病毒就像是专门为细胞设计的快递盒,可以把这个基因调控系统精确无误地递送到制定的细胞当中,包括活体动物体内的细胞,这样就解决了传统技术只能在培养皿中纸上谈兵的问题。

这一次,研究团队把这套系统设计成了可以专门降低胶质细胞中Ptbp1表达的模式,他们首先将这套系统用于治疗视神经节死亡的小鼠,这些小鼠由于眼中的视神经节细胞死亡,因此来自眼睛的视觉信号难以传递给大脑,只能成为睁眼瞎。

而在给小鼠眼内注射这套系统后大约一个月,研究者就能在视网膜视神经节细胞层发现了由穆勒胶质细胞转化而来的不同种类的视神经节细胞,并且转化而来的视神经节细胞可以像正常的细胞那样对光刺激产生反应,瞎掉的小鼠也因此恢复了光明。

于是研究团队再接再厉,又对患有帕金森病的小鼠测试了这项疗法,结果将带有定向抑制Ptbp1系统的AAV注射进小鼠的纹状体(帕金森病中死亡的多巴胺神经元就是把多巴胺释放到这个部位发挥功能)后,果然检测到这个区域的一部分星形胶质细胞转化成了多巴胺神经元,而小鼠也逐渐恢复了比较正常的运动能力。

或许今后,面对神经退行性疾病,我们可以标本兼治了吧。

免责声明:
本网站部分内容来源于合作媒体、企业机构、网友提供和互联网的公开资料等,仅供参考。本网站对站内所有资讯的内容、观点保持中立,不对内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。如果有侵权等问题,请及时联系我们,我们将在收到通知后第一时间妥善处理该部分内容。

关注健康之家官方微信账号:“健康之家”,每日获得互联网最前沿资讯,热点产品深度分析!