利用iPSC誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化技術(shù)對(duì)阿爾茨海默?。ˋD）等人類(lèi)神經(jīng)退行性疾病進(jìn)行建模已取得諸多進(jìn)展。然而，iPSC誘導(dǎo)技術(shù)因“重置“抹去了衰老特征/表觀(guān)遺傳，存在一定局限性。目前對(duì)應(yīng)的解決方案是利用直接轉(zhuǎn)分化技術(shù)將成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元。
2023年3月27日，斯坦福大學(xué) Judith Frydman教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表文章表明，AD患者來(lái)源成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化獲得的神經(jīng)元（tNeurons，transdifferentiated Neurons; 另稱(chēng)直接轉(zhuǎn)分化神經(jīng)元，即induced Neurons, iNs）保留了患病人腦細(xì)胞和模型小鼠腦細(xì)胞中溶酶體和自噬缺陷特征。5月25日，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Andrew Yoo教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表的文章表明，AD患者來(lái)源的直接轉(zhuǎn)分化神經(jīng)元中出現(xiàn)tau病理變化和神經(jīng)元死亡現(xiàn)象。這些結(jié)果表明，直接轉(zhuǎn)分化獲得的神經(jīng)元是神經(jīng)退行性疾病可靠的有病齡病理特征的模型。
紐約大學(xué)奧蘭治堡分校的Ralph Nixon和Ju-Hyun Lee教授表示，“tNeurons模型在技術(shù)上取得了寶貴的進(jìn)步，是目前AD和其它晚發(fā)型神經(jīng)退行性疾病研究最理想的體外模型?！?/span>
iPSC來(lái)源的神經(jīng)元因重置而失去其老化的表觀(guān)遺傳。為此，斯坦福大學(xué)Marius Wernig教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了將皮膚成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元的方法，被稱(chēng)為iNs。研究發(fā)現(xiàn)，iNs保留了老化的特征，但由于較高的技術(shù)難度，直接轉(zhuǎn)分化的神經(jīng)元沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。
家族型AD突變患者的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的神經(jīng)元(綠色，左下角)比年齡匹配的對(duì)照組轉(zhuǎn)分化神經(jīng)元(上圖)產(chǎn)生更多的Aβ沉積(紅色)，且更容易死亡(綠色，TUNEL染色，右下角)。藍(lán)色為核染。
最近，F(xiàn)rydman教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表文章表示，用Wernig教授的方法將成年人皮膚成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化從而獲得混合神經(jīng)元，并分析直接轉(zhuǎn)分化獲得神經(jīng)元年齡、病理特征等相關(guān)變化。他們比較了四組供體獲得的神經(jīng)元，包括健康年輕人(平均27歲)、健康老年人(71歲)、中年早老素1突變攜帶者(41歲)和散發(fā)型AD患者(68歲)。
與年輕供體來(lái)源的tNeurons相比，健康老年供體來(lái)源的tNeurons產(chǎn)生更多的Aβ40、Aβ42、p-tau和磷酸化TPD-43，表明老化本身增加了病理蛋白的表達(dá)，而細(xì)胞中上調(diào)或下調(diào)基因與內(nèi)體-溶酶體的功能和修復(fù)、蛋白折疊和炎癥均相關(guān)，例如，與年輕tNeurons相比較，老化tNeurons內(nèi)蛋白酶體和自噬受抑制，導(dǎo)致蛋白更容易聚集。
另一方面，與健康的老年供體來(lái)源的tNeurons相比，散發(fā)型或家族型AD患者來(lái)源tNeurons的表型受損更嚴(yán)重，尤其是溶酶體通路。AD患者來(lái)源tNeurons溶酶體體積大了50%，泄漏更多，且酸化程度較低，蛋白質(zhì)消化能力差，在溶酶體內(nèi)和周?chē)纬闪薃β聚集體。在使用溶酶體 ATP 酶激活劑 C381 增強(qiáng)酸化，Aβ 沉積物減少了三分之一到二分之一，tNeurons存活率得到改善。C-381處理的tNeurons釋放較少的促炎細(xì)胞因子，如IL-6和干擾素-γ。
相比而言，iPSC誘導(dǎo)的散發(fā)型AD神經(jīng)元沒(méi)有體現(xiàn)tNeurons中與疾病和衰老相關(guān)的蛋白穩(wěn)態(tài)和溶酶體穩(wěn)態(tài)的強(qiáng)烈變化。Ralph Nixon和Ju-Hyun Lee教授指出，來(lái)自tNeurons數(shù)據(jù)概括了他們?cè)贏(yíng)D小鼠模型和AD大腦中觀(guān)察到的一些溶酶體問(wèn)題。Selina Wray、Charlie Arber和Rebecca Gabriele教授指出：iPSC誘導(dǎo)神經(jīng)元，其“生物鐘”被重置為“0”狀態(tài)，其高活力蛋白酶穩(wěn)態(tài)使得病理性蛋白不易聚集，并能影響細(xì)胞/細(xì)胞器長(zhǎng)期生存能力。
成人成纖維細(xì)胞(左)使用microRNA重編程技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，然后轉(zhuǎn)到薄凝膠(右)，形成一個(gè)讓人聯(lián)想到大腦結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)。
Andrew Yoo和他的同事從4名常染色體顯型AD患者、6名散發(fā)型AD患者和16名年齡匹配的對(duì)照組捐贈(zèng)的成纖維細(xì)胞中獲得直接轉(zhuǎn)分化神經(jīng)元。首先，他們使用microRNA介導(dǎo)轉(zhuǎn)分化獲得神經(jīng)元，然后在三維Matrigel中培養(yǎng)神經(jīng)元(上圖)。AD患者來(lái)源的神經(jīng)細(xì)胞積累的胞外Aβ是健康對(duì)照組的三倍，tau成對(duì)螺旋纖維細(xì)絲的數(shù)量是健康對(duì)照組的兩倍。AD患者來(lái)源的神經(jīng)細(xì)胞還出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不良的神經(jīng)突起，死亡率是對(duì)照組的2倍。
散發(fā)型AD來(lái)源的神經(jīng)細(xì)胞也同樣受損。在沉積物形成之前，用β-和γ-分泌酶抑制劑抑制Aβ的產(chǎn)生，可以將這些散發(fā)型AD神經(jīng)細(xì)胞中Aβ的聚集減少90%，細(xì)胞死亡率減少50%。相比之下，在聚集體形成后再使用抑制劑幾乎沒(méi)有任何作用。
以上結(jié)果證明：患者直接轉(zhuǎn)分化獲得的神經(jīng)元可以復(fù)制AD等疾病的關(guān)鍵病理特征，這有利于個(gè)性化醫(yī)藥的發(fā)展。研究人員一致認(rèn)為，直接轉(zhuǎn)分化獲得神經(jīng)元（iNs, tNeurons）應(yīng)該得到更多的研究,且應(yīng)該探索如何利用直接轉(zhuǎn)分化獲得更多種類(lèi)的亞型神經(jīng)細(xì)胞。
易賽騰生物科技有限公司基于直接轉(zhuǎn)分化這項(xiàng)變革性的技術(shù)，致力于神經(jīng)退行性疾病的藥物開(kāi)發(fā)及相關(guān)產(chǎn)品及服務(wù)的開(kāi)發(fā)。公司目前已商業(yè)化生產(chǎn)及銷(xiāo)售7種神經(jīng)退行性疾病關(guān)聯(lián)人源病齡亞型神經(jīng)細(xì)胞，并建立了8種相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的篩藥平臺(tái)及研究平臺(tái)。公司核心技術(shù)保障了從亞型細(xì)胞種類(lèi)及純度、篩藥平臺(tái)的先進(jìn)性及準(zhǔn)確性均處于世界領(lǐng)跑地位。公司將繼續(xù)在研發(fā)上發(fā)力且深挖，不斷鞏固在人源病齡病理神經(jīng)細(xì)胞商業(yè)化制備、神經(jīng)退行性疾病藥物研發(fā)方面的領(lǐng)跑地位。
