補(bǔ)充因疾病而丟失的細(xì)胞是再生醫(yī)學(xué)的一大圣杯。然而，成年哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）在很大程度上失去了這種再生能力。神經(jīng)元丟失通常與神經(jīng)損傷或神經(jīng)退行性疾病有關(guān)。在體內(nèi)將膠質(zhì)細(xì)胞重編程為神經(jīng)元，也稱為神經(jīng)膠質(zhì)到神經(jīng)元（GtN）轉(zhuǎn)換，正在成為一種潛在的基于再生的治療策略。據(jù)報(bào)道，當(dāng)polypyrimidine tract-binding protein 1（PTBP1，一種參與RNA生物學(xué)的因子）被抑制時(shí)可迅速誘導(dǎo)GtN轉(zhuǎn)換，然后成為精確連接的成熟神經(jīng)元，并減輕神經(jīng)系統(tǒng)疾病和衰老相關(guān)認(rèn)知障礙的癥狀。這些驚人的發(fā)現(xiàn)，如果得到證實(shí)，將構(gòu)成再生醫(yī)學(xué)的重大進(jìn)步。然而，GtN轉(zhuǎn)化和通過(guò)PTBP1抑制的治療潛力都沒(méi)有被采用嚴(yán)格方法的多個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。

近日，德克薩斯大學(xué)的張春立教授在Annual Review of Neuroscience發(fā)表題為Therapeutic Potential of PTBP1 Inhibition, If Any, Is Not Attributed to Glia-to-Neuron Conversion的重要綜述，回顧了這些有爭(zhēng)議的研究，并總結(jié)了GtN體內(nèi)轉(zhuǎn)化和PTBP1未來(lái)研究的建議。

PTBP1（也稱為PTB或hnRNP I）是在各種組織和細(xì)胞中表達(dá)的異質(zhì)核核糖核蛋白的成員，它調(diào)節(jié)mRNA生命周期的許多方面，如剪接，3'末端加工，定位，穩(wěn)定性和翻譯。在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中，PTBP1高度富集在神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）的細(xì)胞核中，其下調(diào)促進(jìn)神經(jīng)元特異性mRNA剪接。組成性敲除PTBP1導(dǎo)致胚胎致死性，條件性敲除胚胎NSC中PTBP1的造成腦積水，這是NSC早熟分化和隨后的功能失調(diào)引起的。這些結(jié)果清楚地表明PTBP1在維持NSCs及其在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中的正常分化方面起著關(guān)鍵作用。

據(jù)報(bào)道，PTBP1抑制可快速有效地將神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成人CNS多個(gè)區(qū)域中的各種成熟神經(jīng)元，包括多巴胺能（DA）神經(jīng)元、視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGC）、紋狀體神經(jīng)元、皮質(zhì)神經(jīng)元、海馬神經(jīng)元或運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。然而，通過(guò)短發(fā)夾RNA（shRNA），反義寡核苷酸（ASO）或CRISPR-CasRx介導(dǎo)的方法抑制PTBP1在成人紋狀體中產(chǎn)生不同的神經(jīng)元亞型：紋狀體神經(jīng)元或DA神經(jīng)元。盡管存在這些差異，但上述所有PTBP1研究報(bào)告了顯著的功能相關(guān)性：逆轉(zhuǎn)帕金森?。≒D）模型的癥狀，挽救視網(wǎng)膜損傷后的視力喪失，改善老年小鼠的認(rèn)知能力，或促進(jìn)脊髓損傷后的運(yùn)動(dòng)功能的改善（表1）。

表1 通過(guò)抑制PTBP1實(shí)現(xiàn)GtN轉(zhuǎn)化的研究結(jié)論

基于以上研究，PTBP1抑制的再生作用立即引起了研究界的關(guān)注。然而，具有更嚴(yán)格分析的后續(xù)研究表明，PTBP1抑制不會(huì)誘導(dǎo)GtN轉(zhuǎn)化（總結(jié)在表2），例如，通過(guò)CRISPR-CasRx或shRNA以及條件敲除的方法來(lái)抑制PTBP1無(wú)法將紋狀星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元，同時(shí)發(fā)現(xiàn)PTBP1抑制無(wú)法在體內(nèi)將靜止的星形膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)多巴胺能神經(jīng)元。一系列研究表明通過(guò)shRNA和反義寡核苷酸抑制PTBP1無(wú)法誘導(dǎo)海馬體中膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化，通過(guò)CRISPR-CasRx或shRNA以及基因缺失抑制PTBP1的方法也無(wú)法將Müller膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為視網(wǎng)膜神經(jīng)元。

無(wú)論能否實(shí)現(xiàn)GtN轉(zhuǎn)化，更令我們好奇的是PTBP1抑制是否有對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療潛力？一項(xiàng)研究通過(guò)在SNc中使用shRNA或ASO介導(dǎo)的PTBP1抑制，但未能觀察到PD小鼠6-OHDA模型中運(yùn)動(dòng)缺陷的任何改善。另一項(xiàng)研究探討了shRNA介導(dǎo)的PTBP1抑制在AD小鼠海馬體中的治療潛力。盡管有效的實(shí)現(xiàn)PTBP1抑制，但無(wú)法觀察到通過(guò)電生理學(xué)或多種行為范式測(cè)量的突觸或認(rèn)知功能的改善，也沒(méi)有檢測(cè)到5xFAD小鼠的淀粉樣蛋白病理減少或PS19小鼠的taupath。Ptbp1被敲除后，也未能通過(guò)暗或光適應(yīng)視網(wǎng)膜電圖反應(yīng)檢測(cè)到視網(wǎng)膜功能的顯著變化?？傊瑏?lái)自多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的這一系列重復(fù)實(shí)驗(yàn)否定了PTBP1抑制治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療潛力。

表2 PTBP1抑制無(wú)法調(diào)控GtN轉(zhuǎn)化的研究

在通過(guò)多種方法重新檢查PTBP1抑制時(shí)，包括CRISPR-CasRx，shRNA，ASO和細(xì)胞類型特異性的條件性敲除，這些重復(fù)實(shí)驗(yàn)未能顯示GtN在任何大腦區(qū)域或視網(wǎng)膜中的轉(zhuǎn)化。當(dāng)用電生理學(xué)或多種行為范式檢查時(shí)，也沒(méi)有觀察到PTBP1抑制的治療潛力。這些結(jié)果與那些顯示PTBP1抑制具有顯著生物學(xué)效應(yīng)和治療潛力的最初出版物相矛盾。造成這種不可調(diào)和的差異的原因是什么？除了額外的研究外，檢測(cè)GtN轉(zhuǎn)化的嚴(yán)格方法也至關(guān)重要。

根據(jù)最新的報(bào)道，在體內(nèi)GtN轉(zhuǎn)化的研究應(yīng)考慮四個(gè)互補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)。（1）基于細(xì)胞增殖的新神經(jīng)元標(biāo)記一直是成人神經(jīng)發(fā)生領(lǐng)域的黃金標(biāo)準(zhǔn)。該方法使用BrdU或EdU（核苷胸苷的類似物）來(lái)標(biāo)記增殖細(xì)胞并追蹤其后代。這種方法可用于研究GtN轉(zhuǎn)化，因?yàn)樯窠?jīng)膠質(zhì)細(xì)胞通常在損傷時(shí)或在神經(jīng)退行性疾病下。（2）神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及其后代的遺傳譜系追蹤是另一項(xiàng)重要技術(shù)。譜系追蹤技術(shù)已經(jīng)在發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域使用了幾十年，用于用獨(dú)特和永久的標(biāo)記物標(biāo)記正在研究的細(xì)胞，然后在特征明確的突變動(dòng)物品系中跟蹤它們的命運(yùn)。（3）延時(shí)活體成像體現(xiàn)眼見(jiàn)為實(shí)。在對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行特異性標(biāo)記后，可以通過(guò)雙光子或多光子顯微鏡直接跟蹤其命運(yùn)，并對(duì)這些精確成像細(xì)胞的神經(jīng)元身份進(jìn)行成像后確認(rèn)。（4）scRNA-seq分析可用于研究GtN轉(zhuǎn)化。遺傳追蹤神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的分子身份可以通過(guò)scRNA-seq進(jìn)行轉(zhuǎn)錄分析。然后，命運(yùn)轉(zhuǎn)換由一組未成熟或成熟神經(jīng)元的基因定義。偽時(shí)間軌跡分析還可以揭示細(xì)胞狀態(tài)從神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞到未成熟和成熟神經(jīng)元的順序。

總而言之，盡管PTBP1抑制在再生醫(yī)學(xué)中的神奇作用尚未得到許多重復(fù)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，但由于其在RNA生物學(xué)的許多方面的關(guān)鍵調(diào)控作用，靶向這種蛋白質(zhì)仍然有可能對(duì)某些疾病具有治療價(jià)值。令人費(fèi)解的是，PTBP1抑制僅引起神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中基因表達(dá)的細(xì)微變化，特別是考慮到其抑制誘導(dǎo)來(lái)自培養(yǎng)中多種細(xì)胞類型的神經(jīng)元。顯然，細(xì)胞培養(yǎng)的結(jié)果不能直接外推到體內(nèi)條件;這種推斷是科學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常犯的錯(cuò)誤。盡管目前的重復(fù)實(shí)驗(yàn)不支持PTBP1抑制本身足以誘導(dǎo)體內(nèi)GtN轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)，但它是否通過(guò)其他因素參與轉(zhuǎn)化過(guò)程？還是需要其他因素組合來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換？今后需要進(jìn)行調(diào)查。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1146/annurev-neuro-092822-083410

參考文獻(xiàn)

Wang LL, Zhang CL. Therapeutic Potential of PTBP1 Inhibition, If Any, Is Not Attributed to Glia-to-Neuron Conversion. Annu Rev Neurosci. 2023;46:1-15. doi:10.1146/annurev-neuro-092822-083410

編譯作者：張建國(guó)（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）






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