暨南大學陳功團隊利用譜系追蹤法確證用於大腦修復的原位神經再生技術

迄今為止，在損傷後的人類大腦裡再生功能性新神經元從而修復大腦一直是一個長期懸而未決的世界性難題。許多重大腦疾病如腦中風和阿爾茨海默氏病等都因為缺乏有效的神經再生手段而難以治癒。暨南大學（廣州）陳功教授領導的研究團隊於10月9日在《Neural Regeneration Research》上發表論文，提供確鑿的證據，通過譜系追蹤法證實了大腦內源性星形膠質細胞可以原位直接轉化為神經元。這項運用大腦內源性星形膠質細胞（一種支持神經元的細胞）直接轉化為新神經元的技術是革命性的新型大腦修復技術，有望使全球千千萬萬的大腦疾病患者受益。

人腦有兩種主要類型的細胞：神經元和膠質細胞。神經元不能分裂，因此不具有自我再生能力，但是膠質細胞可以分裂並自我再生。陳功教授的團隊以前通過一系列工作，特別是基於一種神經轉錄因子NeuroD1的基因療法，成功地將大腦內源性膠質細胞直接轉化為功能性神經元。其他許多實驗室也先後在大腦，脊髓和視網膜中證實了這種直接的膠質細胞向神經元的轉化。但是，再生醫學領域內和領域外的一些人仍然對膠質細胞原位轉化為神經元這項新技術存有疑慮，希望看到更多的證據來支持這種開創性的發現。

在這篇新發表的工作中，陳功教授的團隊採用了轉基因報告小鼠來忠實地追蹤星形膠質細胞譜系，從而在成年小鼠的大腦皮層裡明確無誤地證明了新生神經元可以追溯到原有標記的星形膠質細胞。第一作者項宗勤博士後介紹說：「我們先將Aldh11l-CreERT2小鼠與Ai14小鼠雜交，並使用他莫昔芬誘導Cre介導的基因重組，從而通過紅色螢光蛋白tdTomato來永久性標記並追蹤星形膠質細胞。」 共同第一作者徐亮博士生補充說： 「然後，我們將可以在星形膠質細胞裡表達神經轉錄因子NeuroD1的腺相關病毒顆粒（AAV）注射到已經標記了星形膠質細胞的小鼠皮層裡，並在病毒感染後第7天在tdTomato標記的星形膠質細胞中檢測到NeuroD1的清晰表達。」 陳功教授接著說：「最令人興奮的是，在NeuroD1感染了135天後（實驗被COVID-19延遲了），我們發現原來許多表達NeuroD1的tdTomato標記的星形膠質細胞現在已經成功地轉變為具有典型神經元形態的NeuN陽性的神經元了。該項譜系追蹤實驗無可辯駁地證明了大腦內源性星形膠質細胞可以直接轉化為神經元。」

譜系追蹤星形膠質細胞轉化而來的神經元

除了AAV病毒系統，陳功教授團隊還採用了另一種病毒系統，即逆轉錄病毒系統，以進一步證明這種直接的膠質細胞向神經元的轉化過程。該文的共同通訊作者雷文亮教授說 「雖然AAV具有低免疫原性的優勢，並且作為治療神經系統疾病的基因治療載體相對安全，但如果使用過高的AAV病毒劑量或者不合適的啟動子，就有可能會得到難以理解的混亂數據。因此，我們通過逆轉錄病毒載體只在分裂型的膠質細胞中特異表達NeuroD1，從而進一步證實了新產生的神經元是從分裂型膠質細胞轉化而來。」
在展示了兩種不同病毒系統均明確證實星形膠質細胞直接轉化為神經元之後，陳功教授團隊繼續解決了領域內一些因為實驗設計不當或者使用過高的AAV劑量而造成的一些混亂問題。該研究的另一位共同通訊作者李雯教授說：「最近的一項研究挑戰了膠質細胞原位轉化為神經元的這個新領域，但我們發現那是因為他們使用了過高劑量的AAV在小鼠皮層中產生了實驗假象。我們的實驗證明，當使用合適劑量的AAV時，這種假象不復存在。」
鑑於有些實驗人員實驗設計不夠嚴謹，作為這個新興領域的領導者，陳功教授也在文章的討論部分對於該領域提供了頗有見地的評論：「我們建議研究人員在研究膠質細胞轉化為神經元時，一定要使用不同的病毒系統和不同的病毒劑量，並且進行體外和體內的雙重試驗來證明或者反駁任何一個假設。我們這項譜系追蹤的研究為大腦原位神經再生技術再次提供了無可爭議的證據，相信這項激動人心的大腦修復技術將為解決重大腦疾病提供前所未有的機會。」

為這項工作做出貢獻的作者包括暨南大學的項宗勤博士，徐亮先生，劉敏慧女士，王青松博士，李雯博士，雷文亮博士，和 陳功博士。
原文連結：Xiang Z, Xu L, Liu M, Wang Q, Li W, Lei W, Chen G. Lineage tracing of direct astrocyte-to-neuron conversion in the mouse cortex. Neural Regen Res 2021;16:750-6.
Available from: http://www.nrronline.org/text.asp?2021/16/4/750/295925

來源：粵港澳中樞神經再生研究院網站