近日，香港大學(xué)醫(yī)學(xué)院（HKUMed）和香港城市大學(xué)（CityU）的研究人員已成功生成了具有強(qiáng)大治療潛力的人類神經(jīng)干細(xì)胞（hNSCs），用于治療脊髓損傷。研究人員表明，通過減少名為SOX9的基因表達(dá)的人類多能干細(xì)胞（hPSC）衍生的神經(jīng)干細(xì)胞，在脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元方向上進(jìn)行了優(yōu)先分化。當(dāng)將這些神經(jīng)干細(xì)胞移植到大鼠脊髓損傷模型中時(shí)，這些細(xì)胞生成成熟的神經(jīng)元亞型，能夠整合并生長(zhǎng)出投射到遠(yuǎn)距離并與宿主神經(jīng)元連接的軸突。受試者顯示出減少的膠質(zhì)瘢痕，并且在運(yùn)動(dòng)和其他功能恢復(fù)方面出現(xiàn)顯著改善。研究團(tuán)隊(duì)表示，他們的研究成果為開發(fā)新的治療機(jī)會(huì)鋪平了道路。

香港大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院副教授Martin Cheung Chi-hang博士表示：“我們的研究揭示了一種新的范式，通過使用基因靶向策略來激活內(nèi)在的程序，增強(qiáng)了hNSCs在治療脊髓損傷方面的治療潛力。這種方法改變了移植物在損傷環(huán)境中的響應(yīng)，賦予了其增強(qiáng)的神經(jīng)分化能力、存活能力和整合能力，以及減少膠質(zhì)瘢痕形成，從而為治療嚴(yán)重創(chuàng)傷性脊髓損傷提供了更有效的干細(xì)胞療法?！?/p>

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《Advanced Science》雜志上，題為“Transplanting Human Neural Stem Cells with ≈50% Reduction of SOX9 Gene Dosage Promotes Tissue Repair and Functional Recovery from Severe Spinal Cord Injury”。在其中，研究人員得出結(jié)論：“我們的發(fā)現(xiàn)代表了為治療脊髓損傷生成經(jīng)過基因修飾的hNSCs的新范式。”

創(chuàng)傷性脊髓損傷（SCI）導(dǎo)致了與損傷部位及其周圍的運(yùn)動(dòng)和感覺功能有關(guān)的神經(jīng)元逐漸喪失。SCI患者可能會(huì)出現(xiàn)永久性癱瘓或不同程度的功能障礙和感覺喪失，這取決于損傷的嚴(yán)重程度。目前，尚無有效的SCI治療方法。研究人員指出：“當(dāng)前的臨床管理和治療方案的無效性可能導(dǎo)致SCI患者終身殘疾?！?/p>

香港大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一個(gè)研究小組已經(jīng)培育出具有強(qiáng)大治療潛力的人類神經(jīng)干細(xì)胞，用于治療脊髓損傷，為新的治療機(jī)會(huì)鋪平了道路。研究小組成員包括(左起)Wu Ming-hoi, Hui Man-ning, Feng Xianglan, Chen Yong-long, Professor Daisy Shum Kwok-yan, Dr Martin Cheung Chi-hang, Professor Chan Ying-shing, Dr Tam Kin-wai and Amos Lo Lok-hang.。[香港大學(xué)]

由于在損傷部位周圍形成膠質(zhì)瘢痕，限制了受損的神經(jīng)元再生，因此SCI患者的運(yùn)動(dòng)和感覺恢復(fù)有限。研究人員指出：“在損傷愈合過程中，瘢痕可以阻止炎癥擴(kuò)散，避免進(jìn)一步損傷。”然而，這種屏障結(jié)構(gòu)也阻礙了神經(jīng)元再生。由于未受損神經(jīng)元的內(nèi)在再生能力較低，成年脊髓中也缺乏神經(jīng)干細(xì)胞，因此無法恢復(fù)瘢痕周圍的脊髓神經(jīng)元。“…脊髓內(nèi)和瘢痕周圍的組織結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)無法恢復(fù)，因?yàn)椴溉閯?dòng)物中成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中的神經(jīng)元內(nèi)在再生能力低下，而且受損后的環(huán)境也無法恢復(fù)?！?/p>

以人類多能干細(xì)胞衍生的人類神經(jīng)干細(xì)胞（hNSCs）移植到SCI部位被認(rèn)為是一種有前途的治療策略，可以彌補(bǔ)脊髓神經(jīng)元的損失，并有可能實(shí)現(xiàn)其與宿主神經(jīng)元的連接，從而促進(jìn)脊髓恢復(fù)。然而，損傷環(huán)境有利于膠質(zhì)細(xì)胞的形成，而不是神經(jīng)元的形成，這限制了移植的hNSCs的治療效力。研究人員繼續(xù)指出：“在受傷的脊髓中，敵意的微環(huán)境和生長(zhǎng)因子的不足限制了移植的NSCs的治療效果，這主要取決于它們的存活、神經(jīng)發(fā)生潛能、整合能力和軸向特性?！?/p>

大多數(shù)移植療法采用了生長(zhǎng)因子混合物嵌入細(xì)胞外基質(zhì)，以增強(qiáng)SCI嚙齒動(dòng)物模型中移植的hNSCs的存活和神經(jīng)發(fā)生潛能。然而，使用這種方法，hNSCs需要很長(zhǎng)時(shí)間才能成熟，并且分化為較少數(shù)量的神經(jīng)元亞型，這限制了SCI模型中的功能恢復(fù)程度。因此，迫切需要重新構(gòu)建NSC移植物，以克服內(nèi)在和外在的障礙，作為創(chuàng)傷性SCI的有效治療方法。研究人員進(jìn)一步提出：“重新構(gòu)建hNSC移植物以克服內(nèi)在和外在的障礙，可能為創(chuàng)傷性SCI提供更有效的修復(fù)過程?！?/p>

作為轉(zhuǎn)錄因子SOX家族的一員，性別決定區(qū)Y-盒轉(zhuǎn)錄因子（SOX9）在維持NSC多潛能性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，之前的研究表明，持續(xù)的SOX9表達(dá)會(huì)阻止受傷脊髓中的新生神經(jīng)元再生過程。研究人員解釋說：“SOX9的功能包括維持多能性神經(jīng)干細(xì)胞特性，促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞分化，抑制神經(jīng)發(fā)生?！彼麄冎赋?，這表明可以通過靶向SOX9來生成具有改進(jìn)的神經(jīng)發(fā)生潛能的hNSCs，這些細(xì)胞在治療SCI時(shí)可能更好地在敵意的環(huán)境中存活。

在他們的新研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用shRNA技術(shù)以劑量依賴的方式降低了hNSCs中SOX9基因的表達(dá)。他們始終發(fā)現(xiàn)，將hNSCs中的SOX9表達(dá)水平降低約50%會(huì)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的形成，而將SOX9表達(dá)降低得更低則會(huì)影響細(xì)胞的存活和更新。

這些發(fā)現(xiàn)表明，SOX9在調(diào)控神經(jīng)形成的啟動(dòng)、自我更新和存活方面起到劑量依賴的作用。研究人員還顯示，表達(dá)50% SOX9蛋白的hNSCs的增強(qiáng)神經(jīng)發(fā)生潛能部分歸因于葡萄糖消耗的減少。在培養(yǎng)的SOX9降低表達(dá)細(xì)胞中，他們檢測(cè)到低葡萄糖攝取和顯著減少的糖酵解基因表達(dá)，“暗示SOX9在誘導(dǎo)和/或維持hNSCs中高糖酵解代謝方面起到作用?！庇腥さ氖牵茖W(xué)家們進(jìn)一步指出：“最近的研究揭示了從糖酵解到氧化磷酸化的代謝重塑在神經(jīng)分化或/和再生過程中的作用。已經(jīng)表明，hNSCs中的神經(jīng)分化需要減少的有氧糖酵解，而在hNSCs中持續(xù)激活糖酵解基因則會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)大的星形膠質(zhì)細(xì)胞形成和神經(jīng)元的凋亡。

脊髓損傷(SCI)引起神經(jīng)損傷，損傷環(huán)境有利于SOX9的表達(dá)；hNSCs與半量SOX9移植可獲得獨(dú)特的內(nèi)在能力，促進(jìn)神經(jīng)再生，延長(zhǎng)軸突生長(zhǎng)，并建立與宿主的神經(jīng)元連接，恢復(fù)脊髓損傷動(dòng)物的行走能力和溫度感覺。[香港大學(xué)]

體內(nèi)測(cè)試確認(rèn)，減少SOX9的hNSCs的神經(jīng)發(fā)生和代謝特性在移植到大鼠脊髓損傷的部位后仍然保持不變，并且無需富含生長(zhǎng)因子的基質(zhì)。這表明受傷環(huán)境不會(huì)影響hNSCs的代謝狀態(tài)和神經(jīng)分化潛力。

接受SOX9 KD移植的SCI大鼠的移植物廣泛分布在損傷部位。更重要的是，作者繼續(xù)指出，移植物展示了出色的整合特性，主要分化為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，并減少了膠質(zhì)瘢痕基質(zhì)的積累，以促進(jìn)長(zhǎng)距離軸突生長(zhǎng)和與宿主神經(jīng)元的連接，從而顯著改善了接受者動(dòng)作和體感功能?！边@些結(jié)果表明，具有一半SOX9基因劑量的hNSCs能夠克服內(nèi)在和外在的障礙，具有強(qiáng)大的移植治療創(chuàng)傷性SCI的治療潛力?！?/p>

他們進(jìn)一步得出結(jié)論：“我們的研究揭示了一種新的范式，通過使用基因靶向策略來激活內(nèi)在的程序，增強(qiáng)了移植的hNSCs的治療潛力。這種方法改變了移植物在損傷環(huán)境中的響應(yīng)，賦予了其增強(qiáng)的分化能力、存活能力和整合能力，以及減少膠質(zhì)瘢痕形成，從而為嚴(yán)重創(chuàng)傷性SCI提供更有效的干細(xì)胞療法?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)表示，為了實(shí)現(xiàn)其研究成果的臨床轉(zhuǎn)化，未來的努力應(yīng)集中在開發(fā)基因策略，將hNSCs中SOX9活性或表達(dá)水平降低約50%，以用于治療SCI患者的移植治療。

參考文獻(xiàn)：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202205804

編輯：王洪

排版：李麗