一種新的基因療法將神經(jīng)膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)元，修復(fù)了由中風引起的損傷，并顯著改善了小鼠的運動功能(“ 一種基于NeuroD1 AAV的基因療法，用于通過體內(nèi)星形膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)為缺血性損傷后的功能性腦修復(fù)-Neuron Conversion ”)， 描述了使用NeuroD1基因的新療法，該基因發(fā)表于《分子療法》。賓州州立大學的研究人員說，一旦進一步發(fā)展，這種基于NeuroD1的基因療法可能會被用于治療中風，這是導(dǎo)致美國殘疾的主要原因，每年有80萬新中風患者。

主要作者，博士后研究員陳玉晨說：“目前對中風的治療時間窗口很窄，通常在中風發(fā)生后幾個小時之內(nèi)。” “許多患者無法及時接受治療，結(jié)果，常常由于不可逆的神經(jīng)元丟失而遭受永久性殘疾。迫切需要開發(fā)一種新療法，以再生新的神經(jīng)元并恢復(fù)中風患者的腦功能喪失。”

人腦大約有860億個神經(jīng)元。雖然可以忍受小中風，但涉及數(shù)十億神經(jīng)元損失的中度中風會產(chǎn)生有害作用，無法自發(fā)恢復(fù)。

“因此，在神經(jīng)再生領(lǐng)域仍未解決的關(guān)鍵問題是，中風后如何在患者的大腦中再生數(shù)十億個新的神經(jīng)元?”生物學教授，公共生命學教授Verne M. Willaman博士說賓夕法尼亞州立大學和研究團隊的負責人。“大腦修復(fù)的最大障礙是神經(jīng)元無法自我再生。在過去的幾十年中，許多中風的臨床試驗都失敗了，主要是因為它們都無法再生出足夠的新神經(jīng)元來補充失去的神經(jīng)元。”

Gong Chen和他的團隊率先提出了一種新方法，該方法可以使用神經(jīng)膠質(zhì)細胞再生功能神經(jīng)元，神經(jīng)膠質(zhì)細胞是大腦中每個神經(jīng)元周圍的一組細胞，為神經(jīng)元提供必要的支持。與神經(jīng)元不同，神經(jīng)膠質(zhì)細胞可以分裂并自我再生，尤其是在腦損傷后。

“成年哺乳動物的大腦已經(jīng)失去了神經(jīng)再生能力，除了一些小生境。先前的研究已將神經(jīng)膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元，但產(chǎn)生的神經(jīng)元總數(shù)有限，治療潛力尚不清楚。在這里，我們證明了NeuroD1介導(dǎo)的原位星形膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化可以在缺血性損傷后再生大量功能新的神經(jīng)元。具體而言，使用基于NeuroD1 AAV的基因療法，我們能夠再生出由缺血性損傷引起的總損失神經(jīng)元的三分之一，并同時保護了另外三分之一的受傷神經(jīng)元，從而導(dǎo)致了重要的神經(jīng)元恢復(fù)。RNA測序和免疫染色證實了細胞在mRNA水平和蛋白質(zhì)水平轉(zhuǎn)換后的神經(jīng)元恢復(fù)。

“逆行和逆行示蹤顯示了星形膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化的神經(jīng)元到其靶區(qū)域的長期軸突投射，并具有時間依賴性。行為分析顯示，細胞轉(zhuǎn)化后，運動功能和認知功能均有顯著改善?？傊?，這些結(jié)果表明，通過基于NeuroD1的基因治療的體內(nèi)細胞轉(zhuǎn)化技術(shù)可以再生大量功能新的神經(jīng)元，從而在受傷后恢復(fù)失去的神經(jīng)元功能。”

“我相信將已經(jīng)存在于大腦中的神經(jīng)膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌纳窠?jīng)元是補充丟失的神經(jīng)元的最佳方法，”龔恭說。“這些神經(jīng)膠質(zhì)細胞是大腦中死亡神經(jīng)元的鄰居，并可能共享相同的祖先細胞譜系。”

Gong Chen的研究小組以前曾報告說，單個遺傳神經(jīng)因子NeuroD1可以直接將膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化為患有阿爾茨海默氏病的小鼠大腦內(nèi)部的功能神經(jīng)元，但產(chǎn)生的神經(jīng)元總數(shù)有限。研究團隊認為，這種有限的再生歸因于用于將NeuroD1輸送至大腦的逆轉(zhuǎn)錄病毒系統(tǒng)。在當前的研究中，研究小組使用了AAV病毒系統(tǒng)(現(xiàn)已成為神經(jīng)系統(tǒng)中基因治療的首選)將NeuroD1傳遞到患有中風的小鼠運動皮層中。

許多神經(jīng)元在中風后死亡，但是存活的神經(jīng)膠質(zhì)細胞可以在中風區(qū)域增殖并形成神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕。AAV系統(tǒng)旨在在形成這些疤痕的神經(jīng)膠質(zhì)細胞中優(yōu)先表達NeuroD1，將其直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)元細胞。這種直接的神經(jīng)膠質(zhì)到神經(jīng)元轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅增加了中風區(qū)域的神經(jīng)元密度，而且還大大減少了由中風引起的腦組織損失。

新轉(zhuǎn)化的神經(jīng)元顯示出與中風后喪失的神經(jīng)元相似的神經(jīng)元特性。這暗示了局部神經(jīng)膠質(zhì)譜系對轉(zhuǎn)換后的神經(jīng)元身份的潛在影響。

Gong Chen說：“這項研究最令人興奮的發(fā)現(xiàn)是看到新轉(zhuǎn)化的神經(jīng)元在激發(fā)重復(fù)動作電位并與其他先前存在的神經(jīng)元形成突觸網(wǎng)絡(luò)方面具有完全的功能。” “他們還向正確的目標發(fā)出遠程軸突投影，并促進運動功能的恢復(fù)。”

由波多黎各大學教授Gregory Quirk博士領(lǐng)導(dǎo)的另一項合作研究進一步在大鼠中風模型中測試了基于NeuroD1的基因療法。Quirk及其同事還發(fā)現(xiàn)，這種直接的神經(jīng)膠質(zhì)到神經(jīng)元轉(zhuǎn)換技術(shù)可以挽救中風引起的認知功能缺陷。

“由于神經(jīng)膠質(zhì)細胞在大腦中無處不在，并且可以分裂以自我再生，因此我們的研究提供了概念證明，即大腦中的神經(jīng)膠質(zhì)細胞可以作為年輕人的源泉，再生功能性新的神經(jīng)元來修復(fù)大腦，不僅可以中風以及其他許多導(dǎo)致神經(jīng)元丟失的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，” Yuchen Chen說。“我們的下一步是進一步測試該技術(shù)，并最終將其轉(zhuǎn)化為臨床有效的療法，以使全球數(shù)百萬患者受益。”