細腦功能修復新突破：在體轉化膠質細胞為功能性神經元

　　賓夕法尼亞州立大學研究人員在生物學家陳功教授領導下已經開發了一個全新的技術來再生功能性神經元用于腦損傷或腦疾病后的大腦修復。這項技術有望發展成為一個嶄新的治療腦和脊髓損傷，中風，老年癡呆病，帕金森氏病和其他神經系統疾病。陳功博士領導的團隊利用應激性膠質細胞將其再生為健康和有功能的神經元，即此圖像上顯示的綠色細胞(老年癡呆病轉基因小鼠模型的大腦皮層內)。紅色區域是經過染色的神經元細胞核

　　據報道來自美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員開發出了一種全新的技術：在腦損傷與褪行性疾病的大腦中，將損傷導致的應激性膠質細胞轉變成健康而有功能的神經元，從而達到腦修復的目的。這個研究組的領導者，賓夕法尼亞州立大學生物系Verne M. Willaman 冠名主任教授陳功博士，稱該新技術為“人類攻克腦損傷與腦疾病征途的一個重大突破”。“此項技術有望開發成用于治療腦損傷，脊椎損傷，腦中風，老年癡呆癥，和帕金森病等一系列中樞系統疾病的全新的治療手段，”陳功教授說。這項研究將于2013年12月19日在線發表于國際著名干細胞雜志“細胞-干細胞” 上。

　　在哺乳動物的大腦中，膠質細胞的數目遠多于神經元，對大腦的正常運轉有重要作用。當大腦受損或發生疾病時， 神經元通常會死亡或發生褪行性病變，而膠質細胞則會被激活增生，因此被稱之為應激性膠質細胞。這些應激性膠質細胞起初構筑一道防護系統，阻止細菌和毒素進一步侵襲周圍健康組織。但最終他們將形成膠質疤痕并阻止神經元重生。“如果把腦損傷部位比作車禍現場，應激性膠質細胞就如同警車，救護車和消防車，他們迅速趕到現場進行救助”，陳教授解釋到。“但是設想一下如果太多的救護車輛堵在現場卻不離開將會發生什么情況?同樣地，許多應激性膠質細胞將滯留在損傷部位形成膠質疤痕”。“我們的工作就是要將這些膠質疤痕轉變成有正常功能的腦組織”，陳教授總結說。

　　“既然在腦損傷部位神經元減少了但應激性膠質細胞卻增加了，我們也許能夠將應激性膠質細胞轉變成功能性神經元用于腦損傷的治療”，陳教授多年前曾這樣設想。 “這項工作是受到諾貝爾獎得者山中伸彌的誘導性多功能干細胞研究的啟發，即將皮膚細胞重編程為多功能干細胞”，陳教授回憶到。

　　陳功教授和他的團隊首先研究了神經轉錄因子NeuroD1對應激性膠質細胞的作用。前人的工作已知NeuroD1對海馬腦區的成年神經發生起到重要作用。陳教授等設想在損傷導致的應激性膠質細胞中表達NeuroD1也許能夠誘導新的神經元，就像在海馬腦區中的成年神經發生一樣。為了證明這個假說，陳功的團隊成員郭梓園等利用編碼NeuroD1的逆轉錄病毒來感染在體和離體的膠質細胞。“我們所使用的逆轉錄病毒是比較安全的復制缺陷型病毒，因此不會像許多自然界中的病毒那樣殺死被感染的細胞，”陳功教授說。“更為重要的是，逆轉錄病毒只感染分裂型細胞如應激性膠質細胞，而不感染神經元，因此是可用于臨床治療而不影響正常腦神經元的比較理想的工具”，他補充道。

　　陳功教授團隊首先利用成年小鼠腦損傷模型來測試在大腦皮層中注射NeuroD1逆轉錄病毒能否將應激性膠質細胞轉變成功能性神經元。他們發現在注射病毒一周內，兩種主要的由損傷引起的應激性膠質細胞，即應激性星形膠質細胞和NG2細胞，均能被“重新編程”為神經元。有趣的是，星形膠質細胞變成的是興奮性神經元，而NG2細胞有許多變成興奮性神經元但也有一部分變成了抑制性神經元,這使得在重編程后的大腦中興奮與抑制功能達到平衡成為可能。他們還記錄了新生神經元的電生理活動，發現NeuroD1誘導的新生神經元能夠發放動作電位和接收其它神經元傳來的突觸信號，表明它們已經整合到已有的神經網絡中。

　　接著，陳功團隊又利用一種老年癡呆癥轉基因小鼠模型證明了其大腦中應激性膠質細胞在NeuroD1的誘導下同樣可以轉變成功能性神經元。引人注目的是，陳功團隊發現即使在14個月齡的老年癡呆癥轉基因小鼠(大致相當于人類60歲)的大腦皮層里，注射NeuroD1逆轉錄病毒仍然可以從應激性膠質細胞誘發生成大量的新生神經元。“因此，我們的在體神經元轉化技術有可能讓老年癡呆癥患者煥發出新生的神經細胞”， 陳教授總結到。

　　為了證明這種膠質細胞-神經元轉化技術不僅僅局限于嚙齒類動物模型，陳教授和他的團隊在培養的人星形膠質細胞上作了進一步測試。“在NeuroD1表達后3周內，我們觀察到人類星形膠質細胞進行著激動人心的自我改造：在顯微鏡下，他們的形態由扁平狀的星形膠質細胞變成了立體的有神經細胞體和軸突及樹突的典型大腦神經元”，陳教授說。該團隊進一步檢測了這些人的新生神經元的功能，發現它們同樣能夠發放動作電位和接收并釋放神經遞質。

　　“我們的目標是開發這項在體膠質細胞-神經元轉化技術，并用于治療神經系統受到損傷或患有疾病的病人”， 陳教授說。 “設想一下，一個長期失憶的老年癡呆癥患者在接受我們的轉化技術治療后能夠重新記憶新東西;又或者一個長期無法行走的中風患者在接受轉化技術治療后，有一天能重新行走了!”陳功教授興奮地描繪著大腦修復的前景。