近年來皮膚成纖維細胞直接轉分化獲得神經(jīng)元的技術獲得長足發(fā)展和廣泛關注。根據(jù)加利佛尼亞州索爾克生物研究所的Fred Gage團隊6月27日發(fā)表在Cell Stem Cell雜志上的研究報告表明，直接誘導神經(jīng)元比干細胞誘導神經(jīng)元更能反映出供體的AD疾病關聯(lián)年齡特征。雖然AD患者的皮膚成纖維細胞并未經(jīng)受類似于神經(jīng)元在大腦中的AD疾病影響，但其轉分化獲得的誘導神經(jīng)元仍具有一定的AD病理特征，如神經(jīng)網(wǎng)絡密度低、突觸功能微弱及具有應激反應，而由 iPSC誘導神經(jīng)元并沒有這些疾病特征。因此Fred Gage教授認為直接轉分化獲得的神經(jīng)元是較iPSC誘導神經(jīng)元更準確的AD體外神經(jīng)細胞模型。
當前，iPSC誘導神經(jīng)元是神經(jīng)退行性疾病病理機制研究的主要體外細胞模型，但由于需要經(jīng)過重置過程，iPSC誘導神經(jīng)元沒有反映供體的年齡、病理特征，模型適配性相對較差，研究效果并不理想。因此研究人員繞過iPSC過程，利用合適的轉錄因子組合，直接從皮膚成纖維細胞轉分化獲得誘導神經(jīng)元，用以彌補iPSC誘導神經(jīng)元在疾病病理機制研究使用中的不足。
Gage教授領導的團隊在2015年10月發(fā)表的研究報告中表明，與iPSC誘導神經(jīng)元表現(xiàn)出的胚齡特征不同，直接誘導神經(jīng)元能表現(xiàn)出供體年齡特征，但不能確定是否具有神經(jīng)退行性疾病的病理特征。為了弄清這個問題，Jerome Mertens教授領導的團隊利用16位AD患者和19個年紀相同的正常人的成纖維細胞直接轉分化獲得神經(jīng)細胞，并進行了基因測序。研究結果表明，兩組人群成纖維細胞基因測序結果對比未發(fā)現(xiàn)明顯差別，但兩組誘導神經(jīng)元的基因表達差異顯著；再者AD患者來源的誘導神經(jīng)元的基因表達與AD患者神經(jīng)元的基因表達呈現(xiàn)一定程度的一致性，如突觸傳遞相關的基因功能弱化，應激反應和細胞周期相關的基因功能增強等。
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另有多項研究發(fā)現(xiàn)，AD患者來源的誘導神經(jīng)元具有與AD患者神經(jīng)元相同的變化，如突觸減少，神經(jīng)遞質傳遞頻率降低、活性氧物質種類增多、DNA損傷等。 Jerome Mertens教授稱：“這些研究數(shù)據(jù)表明AD患者來源的直接誘導神經(jīng)元反映了AD一部分病理特征，例如神經(jīng)元衰竭、細胞處于應激反應狀態(tài)以及細胞周期縮短?！?/span>
AD的病理信號是如何傳遞給成纖維細胞，又是如何在誘導神經(jīng)元中表達的呢？針對這兩個問題，研究人員深入研究了樣本的染色質。他們發(fā)現(xiàn) AD直接誘導神經(jīng)元轉錄組控制基因功能似乎在不斷喪失，神經(jīng)元中有大量開放性染色質。與對照組神經(jīng)元相比，直接誘導神經(jīng)元中有7188個基因組片段的長度不同，而且其中97%的片段在AD患者神經(jīng)元中開放性程度更高。AD患者大腦中的Tau蛋白異常聚集與染色質松動有關，雖然導致染色質松動的原因尚不清楚，但這可能是直接誘導神經(jīng)元特性衰退的一個原因。
研究人員又利用相同供體成纖維細胞制備了iPSC誘導神經(jīng)元，對比驗證iPSC誘導神經(jīng)元是否也具有這些病理特征。結果表明，自AD患者iPSC誘導神經(jīng)元與對照神經(jīng)元之間基因表達基本沒有顯著差異，但其中一些基因表達差異較大。研究表明iPSC誘導神經(jīng)元中沒有反映出患病供體的病理特征。
驗證了直接誘導神經(jīng)元具有一定的典型AD病理特征后，研究人員進一步確認了直接誘導神經(jīng)元具有年齡特征，因為老齡（化）是AD最重要的非遺傳致病因素。他們檢測了包含DNA甲基化（模式）和年齡相關基因的表達等指標。結果表明，直接誘導神經(jīng)元與成人的神經(jīng)元類似，而iPSC誘導神經(jīng)元與胎兒的神經(jīng)元相似。有趣的是，AD直接誘導神經(jīng)元和對照組的直接誘導神經(jīng)元之間的衰老標記并無區(qū)別，這說明AD發(fā)病時并未加速衰老，AD發(fā)病是一種與年齡密切相關的異常狀態(tài)。
比利時魯汶大學的Bart De Strooper教授評論：“直接誘導神經(jīng)元為研究衰老與神經(jīng)退化的關聯(lián)提供了一個很好的模型。”他認為與年齡相關的表觀遺傳基因的缺失在AD的病理研究中至關重要。他還認為：“誘導神經(jīng)元模型顛覆了該領域的研究發(fā)現(xiàn)，表明AD患者的病理表型是病理老化的結果。”
De Strooper教授提出他很好奇：“AD已經(jīng)明確的神經(jīng)病理特征是否與發(fā)生在誘導神經(jīng)元的病理轉錄特征有一致性”。誘導神經(jīng)元并未有受到淀粉樣沉淀和纖維纏結的直接影響，因此誘導神經(jīng)元的病理轉錄特征是細胞自發(fā)的、上游的反應結果。而這些影響是否導致經(jīng)典的神經(jīng)病理過程發(fā)生還有待進一步的研究。
綜上所述，直接誘導神經(jīng)元模型雖有不足之處，如成纖維細胞生長緩慢且基因工程改造不敏感，但直接誘導神經(jīng)元轉錄組、表型特征與AD患者神經(jīng)元特征在目前最為匹配，是AD等神經(jīng)退行性疾病最理想的體外神經(jīng)細胞模型。
寧波易賽騰生物科技有限公司 李福云編譯
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Neurons Made from Fibroblasts Keep Imprint of Alzheimer's, Aging | ALZFORUM
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