发布时间：2020-04-16
2020-04-09 12:39:42在疲劳转棒仪上，三只小鼠努力保持着不让自己掉落，可没过一会，中间罹患帕金森病的小鼠就支撑不住了。另外两只小鼠坚持的时间尽管有先后，可已相差无多。“通过我们的努力，其中一只帕金森小鼠的运动障碍逆转到了正常小鼠的水平，基本消除了帕金森病的症状。”看到行为学测试的结果，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）杨辉研究组很是兴奋。
昨天23时，国际顶尖学术期刊《细胞》（Cell）在线发表了研究组的成果。他们通过运用最新开发的RNA靶向CRISPR系统CasRx特异性地在视网膜穆勒胶质细胞中敲低Ptbp1基因的表达，首次在成体中实现了视神经节细胞的再生，并且恢复了永久性视力损伤模型小鼠的视力。同时，该研究还证明了这项技术可以高效、特异地将纹状体内的星形胶质细胞转分化成多巴胺神经元，并且基本消除了帕金森疾病的症状。“这项研究将为未来众多神经退行性疾病的治疗提供一个新的途径。”杨辉说。
图说：杨辉（前排右一）课题组与蒲慕明院士（前排中）合影 采访对象供图（下同）
神经退行性疾病威胁大
“脑科学中取得了不少新进展，但大家最关心的是能否运用到脑疾病治疗上。”中科院院士蒲慕明说。脑疾病既包含像自闭症这样在发育过程中形成的，也有例如抑郁症等成年期的疾病；而在老年期，最常见的就是退行性疾病了，大家耳熟能详的就包括阿尔茨海默症和帕金森病。
“退行性疾病是由于神经元退化死亡造成的神经功能丧失。”蒲慕明介绍。人类的神经系统包含成百上千种不同类型的神经元细胞。在成熟的神经系统中，神经元一般不会再生，一旦死亡，就是永久性的。神经退行性疾病的病因尚不明确且没有根治的方法，因此对人类的健康造成巨大威胁。据统计，目前全球大约有1亿多的人患有神经退行性疾病，而且随着老龄化的加剧，这类疾病患者数量也将逐渐增多。在常见的神经性疾病中，视神经节细胞死亡导致的永久性失明和多巴胺神经元死亡导致的帕金森疾病是尤为特殊的两类，它们都是由于特殊类型的神经元死亡导致。
如何应对神经退行性疾病呢？“一是早期诊断，预防神经元加速死亡。”蒲慕明说，“还有一种就是想办法恢复死去的神经元。”有科学家尝试将体外培养的多巴胺神经元注射到其死亡的“高发区”黑质区，但该方法还没到临床应用阶段。而死去神经元旁的胶质细胞进入了杨辉研究组的视线，如果将其“转正”成神经元就可以“上位”了，这个过程叫转分化。而科研人员要做的，就是基因编辑。“从伦理上来说，生殖细胞会影响下一代，是不被允许编辑的；而体细胞的基因编辑只针对这一代的疾病，已开始用于临床。”
图说：基因编辑技术已被科学家广泛运用
胶质细胞向神经元转分化
既然知道多巴胺神经元死亡是导致帕金森病的原因，“缺啥补啥”理所当然地成了解决方案。科研人员首先想到的是胚胎干细胞和体细胞，但免疫排斥、成瘤性和移植神经元的存活等问题让他们不得不转变方向。杨辉告诉记者，成体转分化需要多因子递送，并要准确抵达一个细胞，而且存活效率低。
能否通过基因编辑特异转化为多巴胺神经元？这个想法出现在了研究组成员的脑海里。“我们还就使用DNA编辑还是RNA编辑展开过讨论，DNA基因编辑虽然强大，但这是永久性改变，且致瘤风险高。”杨辉说，“编辑RNA可以在不改变基因组的情况下，帮助调整基因表达方式，而且RNA的变化是可以逆转的。
2018年，大洋彼岸的科学家利用全新的CRISPR家族酶扩展了RNA编辑能力，并将这个新系统命名为CasRx。CasRx显示了非常大的潜力，杨辉团队利用其高效的靶向性来降低小鼠胆固醇和治疗黄斑变性。“研究组成员将这套系统运用到纹状体中，诱导星型胶质细胞转分化成多巴胺神经元。”杨辉介绍，“这是首次通过基因编辑敲低达到转分化效果，也是首次证明RNA编辑工具体内的有效性。”
顺理成章地，研究组成员在帕金森症小鼠模型上诱导了多巴胺神经元。令大家欣喜的是，帕金森小鼠疾病的症状有了明显缓解。除了疲劳转棒仪的动物行为学实验外，研究人员还发现，单侧损毁多巴胺神经元的小鼠会不停转圈，经过‘诱导治疗’后，行为已经接近正常小鼠了。
图说：杨辉在实验中
为了更好验证通过胶质细胞向神经元转分化来治疗神经退行性疾病，另一场平行实验也在开展。“我们之所以能看到外界绚烂多彩的世界，是因为我们的眼睛和大脑中存在一套完整的视觉通路，而连接眼睛和大脑的神经元就是视神经节细胞。”杨辉说。作为眼睛和大脑的唯一桥梁，视神经节细胞对外界的不良刺激非常敏感。研究发现很多眼疾都可以导致视神经节细胞的死亡，急性的如缺血性视网膜病，慢性的如青光眼。视神经节细胞一旦死亡就会导致永久性失明。
杨辉研究组用CasRx诱导视网膜穆勒胶质细胞形成视神经节细胞。大约一个月后，研究人员发现转分化而来的视神经节细胞可以像正常的细胞那样对光刺激产生相应的电信号。进一步研究发现，转分化而来的视神经节细胞可以通过视神经和大脑中正确的脑区建立功能性联系，并且将视觉信号传输到大脑。“在视神经节细胞损伤的小鼠模型中，我们发现转分化的视神经细胞可以让永久性视力损伤的小鼠重新建立对光的敏感性。最明显的行为学表现是，它们又喜欢往暗处跑了。”杨辉说。
图说：（上）CasRx通过靶向的降解Ptbp1 mRNA从而实现Ptbp1基因表达的下调；（中）视网膜下注射AAV-GFAP-CasRx-Ptbp1可以特异性的将视网膜穆勒胶质细胞转分化为视神经节细胞，转分化而来视神经节细胞可以和正确的脑区建立功能性的联系，并且提高永久性视力损伤模型小鼠的视力；（下）在纹状体中注射AAV-GFAP-CasRx-Ptbp1可以特异性的将星形胶质细胞转分化为多巴胺神经元，从而基本消除了帕金森疾病模型小鼠的运动症状。
未来还有很多工作
“可以说，我们应用基因编辑技术原位实现胶质细胞向神经元转化，来治疗神经退行性疾病。”杨辉总结说。需要指出的是，虽然科学家们在实验室里取得了重要进展，但是要将研究成果真正应用于人类疾病的治疗，还有很多工作要做。人类的视神经节细胞能否再生？帕金森患者是否能通过该方法被治愈？这些问题有待全世界的科研工作者共同努力寻找答案。
“以往的研究都集中在利用RNA靶向CRISPR系统来直接降低遗传病模型中有害的突变转录本，而这项研究却利用这些工具在体内进行治疗性的细胞命运转分化，从而展现一个全新的视角，这是非常有意思的，而且可以得到广泛的应用。”国外专家也对这项研究给予高度评价。
“一些基因编辑工具都是国外科学家首先报道的，但他们主要将其运用在体外实验中，而我们团队有很好的体内实验体系。这也是世界上首次将基因编辑工具运用到永久性失明和帕金森病的治疗中。”杨辉表示。他还透露了一个好消息，研究组不久将分享拥有完全自主知识产权的、更高效的基因编辑工具。
目前，杨辉研究组已经联系了多个开展非人灵长类动物研究的课题组，并建立了密切合作，希望将小鼠疾病模型上的成果在非人灵长类动物模型上得到再次验证，迈出向临床研究的更近一步。
据悉，脑智卓越中心博士后周海波、助理研究员苏锦霖、博士研究生胡新德、周昌阳、李贺、陈昭融为论文共同第一作者，中科院脑智卓越中心杨辉研究员、博士后周海波为共同通讯作者。“很感谢中心的各个课题组，在我们遇到困难时都无私给予大力协助。”杨辉说。
新民晚报记者 郜阳
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