隨著世界老齡化的普遍嚴(yán)重，人類平均壽命延長(zhǎng)，神經(jīng)退行性疾病變得越來(lái)越普遍。盡管它們的發(fā)病率越來(lái)越高，但缺乏針對(duì)這些情緒和經(jīng)濟(jì)消耗障礙的預(yù)防或疾病緩解策略。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)內(nèi)基本缺乏再生能力，神經(jīng)退行性疾病不斷攻擊離散的神經(jīng)元群，是細(xì)胞替代療法的絕佳候選疾病。在這里，作者回顧了多能干細(xì)胞衍生細(xì)胞類型在治療神經(jīng)退行性疾病中的應(yīng)用前景。

多能干細(xì)胞提供了一種獨(dú)特的、可擴(kuò)展的功能性體細(xì)胞來(lái)源，有可能替代受損或患病的組織。最近，轉(zhuǎn)錄因子(TF) 的外源性過(guò)度表達(dá)為定向分化方法提供了另一種途徑，用于生成特定類別的神經(jīng)元。

這篇綜述總結(jié)了從人類多能干細(xì)胞生成特定細(xì)胞類型用于再生醫(yī)學(xué)的最新進(jìn)展。該綜述專注于人類細(xì)胞衍生及其在神經(jīng)變性領(lǐng)域作為細(xì)胞療法的應(yīng)用的最新生物技術(shù)進(jìn)展（表1）。

表1以選擇性易感性為特征的常見(jiàn)神經(jīng)退行性疾病

這些選定的研究闡明了生物學(xué)概念、實(shí)驗(yàn)方法和治療可能性神經(jīng)（圖1）和神經(jīng)膠質(zhì)（圖2）譜系的體外干細(xì)胞衍生細(xì)胞并通過(guò)討論該領(lǐng)域的新興技術(shù)、當(dāng)前的局限性，并總結(jié)轉(zhuǎn)化神經(jīng)科學(xué)中再生醫(yī)學(xué)的剩余挑戰(zhàn)。

圖1多能干細(xì)胞分化策略

圖2用于產(chǎn)生神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的多能干細(xì)胞分化策略

帕金森病

帕金森病 (PD)的特征是幾種神經(jīng)元亞型的退化，最顯著的是位于中腦腹側(cè)的黑質(zhì)致密部(SNpc)的多巴胺能神經(jīng)元。這些神經(jīng)元投射到基底神經(jīng)節(jié)的背側(cè)紋狀體并在運(yùn)動(dòng)控制中發(fā)揮作用，這些神經(jīng)元的喪失導(dǎo)致在PD初期出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)障礙。

從提供多巴胺能神經(jīng)元定向分化策略取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。多個(gè)研究組開(kāi)發(fā)了方法來(lái)產(chǎn)生能夠釋放多巴胺的FOXA2/LMX1A 陽(yáng)性中腦神經(jīng)元。例如，Studer小組開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)將雙SMAD 抑制與SHH 和 FGF8信號(hào)激活相結(jié)合來(lái)產(chǎn)生這些神經(jīng)元的高效方案。中腦命運(yùn)的關(guān)鍵步驟是使用GSK3β 抑制劑實(shí)現(xiàn)WNT 信號(hào)的強(qiáng)烈激活。轉(zhuǎn)錄因子，如LMX1A，也可用于增強(qiáng)定向分化方法，或用于將成纖維細(xì)胞直接重編程為多巴胺能神經(jīng)元,并結(jié)合細(xì)胞分選方法進(jìn)一步富集中腦多巴胺能神經(jīng)元。臨床前研究表明，人類iPS細(xì)胞衍生的多巴胺能神經(jīng)元在嚙齒動(dòng)物和靈長(zhǎng)類動(dòng)物PD模型中均安全有效。

亨廷頓氏病

亨廷頓氏舞蹈病 (HD)是HTT基因編碼區(qū)內(nèi)的CAG三核苷酸重復(fù)擴(kuò)增引起的，導(dǎo)致亨廷頓蛋白內(nèi)的聚谷氨酰胺(polyQ)延伸。新紋狀體（尾狀核和殼核）神經(jīng)元的逐漸喪失和嚴(yán)重萎縮破壞了涉及基底神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元回路，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)障礙逐漸惡化，并且隨著其他大腦區(qū)域受到影響，出現(xiàn)顯著的認(rèn)知和精神癥狀。

位于紋狀體中的中型多刺神經(jīng)元有助于控制運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜回路。許多小組已經(jīng)驗(yàn)證了從干細(xì)胞中產(chǎn)生中型多刺神經(jīng)元的定向分化方法。組合SHH/WNT 信號(hào)調(diào)制誘導(dǎo)前腹命運(yùn)。最近還描述了一種直接轉(zhuǎn)化方法，結(jié)合了4 種轉(zhuǎn)錄因子（CTIP2、DLX1、DLX2和 MYT1L）和兩種microRNA（miR-9/9和miR-124），用于將成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為中型多刺神經(jīng)元。

運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病

運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的特定損失是幾種破壞性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基礎(chǔ)，包括肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS) 和脊髓性肌萎縮癥(SMA)。這兩種疾病都涉及運(yùn)動(dòng)功能的逐漸喪失，最終發(fā)展為致命性癱瘓。在幾乎所有(~97%) 的 ALS病例中，大腦和脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元都表現(xiàn)出RNA結(jié)合蛋白TDP-43細(xì)胞定位的病理變化。

運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元代表了一組不同的神經(jīng)元亞型，并提供了思想和身體活動(dòng)之間的關(guān)鍵聯(lián)系。干細(xì)胞科學(xué)家開(kāi)發(fā)了通過(guò)應(yīng)用視黃酸(RA) 使細(xì)胞向脊髓（神經(jīng)管的遠(yuǎn)端或尾端）身份尾端化，并激活SHH 以腹側(cè)化小鼠胚胎干細(xì)胞，以生成運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。另一項(xiàng)研究是能夠?qū)⑷祟恑PS 細(xì)胞衍生的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元移植到SMA 小鼠模型的腹角中。移植的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元可以存活并移植到小鼠脊髓中，甚至可以改善疾病表型并延長(zhǎng)壽命。

限制和挑戰(zhàn)

需要廣泛適用和有效的細(xì)胞庫(kù)方法來(lái)滿足細(xì)胞移植治療的需求。日本和美國(guó)都在不斷努力篩選和儲(chǔ)存用于同種異體移植的細(xì)胞。為了獲得最大的人口覆蓋率，全民干細(xì)胞捐贈(zèng)者可以成為銀行工作的一部分。該策略建議使用基因工程通過(guò)從細(xì)胞表面去除MHC分子來(lái)降低免疫原性，同時(shí)還引入公認(rèn)的耐受性誘導(dǎo)分子。最終，干細(xì)胞庫(kù)將通過(guò)提供一種常見(jiàn)且成本較低的現(xiàn)成細(xì)胞材料來(lái)促進(jìn)再生療法，這些材料可以在定期和重復(fù)臨床使用之前進(jìn)行徹底表征。

參考文獻(xiàn)

Limone F, Klim JR and Mordes DA (2022) Pluripotent stem cellstrategies for rebuilding the human brain.Front. Aging Neurosci.14:1017299. doi: 10.3389/fnagi.2022.1017299

編譯作者: 原代美少女 (Brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì))

校審: Simon (Brainnews編輯部)