近日，布里格姆婦女醫(yī)院的研究人員開發(fā)了一種快速將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有帕金森?。≒D）特征的腦細(xì)胞的技術(shù)，這幫助科學(xué)家在培養(yǎng)皿中研究該疾病獨(dú)特且高度可變的病理。

這種新方法使干細(xì)胞向腦細(xì)胞的轉(zhuǎn)化在幾周內(nèi)可重復(fù)進(jìn)行，同時(shí)還允許研究人員開發(fā)反映在此時(shí)間框架內(nèi)大腦中可能發(fā)生的多種蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊病理的模型。該團(tuán)隊(duì)由布里格姆婦女醫(yī)院運(yùn)動(dòng)障礙科主任、安·羅姆尼神經(jīng)疾病中心首席研究員Vikram Khurana博士領(lǐng)導(dǎo)，他們認(rèn)為這種模型未來可能有助于開發(fā)個(gè)性化的帕金森病診斷和治療方法。

Khurana表示：“我們希望評(píng)估在實(shí)驗(yàn)室中快速制造人類腦細(xì)胞的方法，這些腦細(xì)胞可以讓我們窺見帕金森病及多系統(tǒng)萎縮和路易體癡呆等相關(guān)疾病患者大腦中發(fā)生的關(guān)鍵過程。與之前的模型不同，我們希望在足夠短的時(shí)間內(nèi)完成，以便這些模型對(duì)高通量基因和藥物篩選有用，并且便于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的許多實(shí)驗(yàn)室使用。”

Khurana和同事在Neuron期刊上發(fā)表的論文中報(bào)告了包含病理模型的開發(fā)情況，論文題為《快速iPSC包含病理模型揭示α-突觸核蛋白包含體的形成、后果和分子亞型》。他們?cè)谡撐闹锌偨Y(jié)道：“這些可擴(kuò)展的模型有望用于生物學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)，并作為神經(jīng)退行性蛋白病的個(gè)性化醫(yī)學(xué)工具?！?/p>

帕金森病是一種漸進(jìn)性和退行性的腦部疾病。患有該病的人通常會(huì)出現(xiàn)行動(dòng)遲緩、震顫、肌肉僵硬和言語障礙等健康問題。帕金森病以及其他神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病，會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元中蛋白質(zhì)積聚，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和細(xì)胞功能受損。研究人員解釋道：“神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默?。ˋD）、帕金森病（PD）或額顳葉癡呆，被稱為‘蛋白病’，因?yàn)樗鼈兊臉?biāo)志性病理是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各種神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的富含蛋白質(zhì)的包涵體?！蹦壳暗呐两鹕’煼梢跃徑庖恍┌Y狀，但無法解決蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊的根本原因。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）衍生的中樞神經(jīng)系統(tǒng)模型為實(shí)時(shí)可視化包涵體的形成提供了一種潛在的患者特異性模型系統(tǒng)?，F(xiàn)有的“培養(yǎng)皿中的帕金森病”模型可以有效地將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腦細(xì)胞，但無法在合理的時(shí)間框架內(nèi)研究患者特異性的細(xì)胞病理以指導(dǎo)量身定制的治療策略。研究人員指出：“目前的人類iPSC模型具有有限的實(shí)用性，通常需要較長時(shí)間的分化。成熟的包涵體不會(huì)在合理的時(shí)間內(nèi)形成。”

這是重要的，因?yàn)榕两鹕』颊呤嵌鄻拥模坏肚械闹委煵呗钥赡懿贿m用于某些患者。Khurana表示：“問題在于，蛋白質(zhì)簇在不同患者中的形成方式看起來不同，即使在同一患者的不同腦細(xì)胞中也不同。這引發(fā)了一個(gè)問題：我們?nèi)绾卧谂囵B(yǎng)皿中模擬這種復(fù)雜性？我們?nèi)绾卧谧銐蚩斓臅r(shí)間內(nèi)完成，以便對(duì)診斷和藥物發(fā)現(xiàn)具有實(shí)際意義？”

為了創(chuàng)建他們的新模型，Khurana的實(shí)驗(yàn)室使用了稱為PiggyBac載體的工具來引入轉(zhuǎn)錄因子，快速將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為不同類型的腦細(xì)胞。然后，他們?cè)谏窠?jīng)細(xì)胞中引入易聚集的蛋白質(zhì)如α-突觸核蛋白（α-synuclein; αS），這是帕金森病及相關(guān)疾病中蛋白質(zhì)簇形成的核心。在使用CRISPR-Cas9和其他篩選系統(tǒng)后，他們識(shí)別出細(xì)胞中形成的多種類型的包涵體，其中一些具有保護(hù)作用，一些具有毒性。為了證明與疾病的相關(guān)性，他們使用其干細(xì)胞模型在已故患者的腦組織中發(fā)現(xiàn)了類似的包涵體。研究人員寫道：“這些模型揭示了αS包涵體的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，包涵體內(nèi)的重要分子相互作用，以及在尸檢腦中具有潛在生物學(xué)相關(guān)性的亞型?！?/p>

科學(xué)家們認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)將開啟新的方法，用于對(duì)患者的蛋白質(zhì)病理進(jìn)行分類，并確定這些病理中哪些可能是最佳的藥物靶點(diǎn)。他們承認(rèn)，這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)存在需要解決的限制。一個(gè)限制是目前技術(shù)生成的神經(jīng)元尚不成熟。研究人員的目標(biāo)是用成熟的神經(jīng)元來復(fù)制這個(gè)模型，以模擬衰老對(duì)形成的蛋白質(zhì)聚集體的影響。雖然新系統(tǒng)可以快速生成腦中的神經(jīng)元和關(guān)鍵的炎性膠質(zhì)細(xì)胞，但報(bào)告的工作僅分別檢查了這些細(xì)胞類型。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在將這些細(xì)胞類型結(jié)合在一起，以研究對(duì)帕金森病進(jìn)展可能重要的蛋白質(zhì)聚集過程的炎性反應(yīng)。

研究人員總結(jié)道：“我們預(yù)計(jì)這里描述的快速且可擴(kuò)展的iPSC包含病理模型將有助于理解包涵體亞類及其不同的生物學(xué)后果。他們將能夠系統(tǒng)地映射不同αS構(gòu)象（或‘菌株’）在不同中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞類型和共培養(yǎng)中的遺傳和物理相互作用，并模擬混合的蛋白病理?！?/p>

共同第一作者、布里格姆婦女醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)系研究員Alain Ndayisaba博士評(píng)論了實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)在進(jìn)行的臨床應(yīng)用?！霸谝粋€(gè)關(guān)鍵應(yīng)用中，我們正在利用這項(xiàng)技術(shù)識(shí)別候選放射性示蹤分子，以幫助我們?cè)谠\所看到的活體患者大腦中可視化α-突觸核蛋白聚集的病理?！?/p>

共同第一作者、布里格姆婦女醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)系研究員Isabel Lam博士補(bǔ)充道：“這項(xiàng)技術(shù)將為快速開發(fā)來自個(gè)體患者的‘個(gè)性化干細(xì)胞模型’鋪平道路。這些模型已經(jīng)在高效測試新診斷和治療策略‘培養(yǎng)皿中的臨床試驗(yàn)’中使用，因此我們可以將正確的藥物針對(duì)正確的患者。”

研究人員進(jìn)一步寫道，這些模型現(xiàn)在提供了一條包含“宿主”細(xì)胞和可以從患者組織和體液中擴(kuò)增的蛋白質(zhì)菌株的患者特異性模型路徑?，F(xiàn)在，原則上可以在來自個(gè)體患者的干細(xì)胞模型中輕松測試放射性示蹤劑等診斷工具或抗體等治療工具。

參考文獻(xiàn)：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(24)00409-4?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0896627324004094%3Fshowall%3Dtrue

編輯：王洪

排版：李麗