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

這種新方法使干細胞向腦細胞的轉化在幾周內可重復進行，同時還允許研究人員開發(fā)反映在此時間框架內大腦中可能發(fā)生的多種蛋白質錯誤折疊病理的模型。該團隊由布里格姆婦女醫(yī)院運動障礙科主任、安·羅姆尼神經疾病中心首席研究員Vikram Khurana博士領導，他們認為這種模型未來可能有助于開發(fā)個性化的帕金森病診斷和治療方法。

Khurana表示：“我們希望評估在實驗室中快速制造人類腦細胞的方法，這些腦細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疾病患者大腦中發(fā)生的關鍵過程。與之前的模型不同，我們希望在足夠短的時間內完成，以便這些模型對高通量基因和藥物篩選有用，并且便于學術界和工業(yè)界的許多實驗室使用?！?/p>

Khurana和同事在Neuron期刊上發(fā)表的論文中報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》。他們在論文中總結道：“這些可擴展的模型有望用于生物學和藥物發(fā)現(xiàn)，并作為神經退行性蛋白病的個性化醫(yī)學工具?！?/p>

帕金森病是一種漸進性和退行性的腦部疾病?；加性摬〉娜送ǔ霈F(xiàn)行動遲緩、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退行性疾病，如阿爾茨海默病，會導致神經元中蛋白質積聚，進而導致蛋白質錯誤折疊和細胞功能受損。研究人員解釋道：“神經退行性疾病，如阿爾茨海默?。ˋD）、帕金森?。≒D）或額顳葉癡呆，被稱為‘蛋白病’，因為它們的標志性病理是在中樞神經系統(tǒng)的各種神經元和神經膠質細胞內廣泛存在的富含蛋白質的包涵體。”目前的帕金森病療法可以緩解一些癥狀，但無法解決蛋白質錯誤折疊的根本原因。

誘導多能干細胞（iPSC）衍生的中樞神經系統(tǒng)模型為實時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胞轉化為腦細胞，但無法在合理的時間框架內研究患者特異性的細胞病理以指導量身定制的治療策略。研究人員指出：“目前的人類iPSC模型具有有限的實用性，通常需要較長時間的分化。成熟的包涵體不會在合理的時間內形成?！?/p>

這是重要的，因為帕金森病患者是多樣的，一刀切的治療策略可能不適用于某些患者。Khurana表示：“問題在于，蛋白質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胞中也不同。這引發(fā)了一個問題：我們如何在培養(yǎng)皿中模擬這種復雜性？我們如何在足夠快的時間內完成，以便對診斷和藥物發(fā)現(xiàn)具有實際意義？”

為了創(chuàng)建他們的新模型，Khurana的實驗室使用了稱為PiggyBac載體的工具來引入轉錄因子，快速將干細胞轉化為不同類型的腦細胞。然后，他們在神經細胞中引入易聚集的蛋白質如α-突觸核蛋白（α-synuclein; αS），這是帕金森病及相關疾病中蛋白質簇形成的核心。在使用CRISPR-Cas9和其他篩選系統(tǒng)后，他們識別出細胞中形成的多種類型的包涵體，其中一些具有保護作用，一些具有毒性。為了證明與疾病的相關性，他們使用其干細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包涵體的動態(tài)性質，包涵體內的重要分子相互作用，以及在尸檢腦中具有潛在生物學相關性的亞型。”

科學家們認為，這項技術將開啟新的方法，用于對患者的蛋白質病理進行分類，并確定這些病理中哪些可能是最佳的藥物靶點。他們承認，這項技術確實存在需要解決的限制。一個限制是目前技術生成的神經元尚不成熟。研究人員的目標是用成熟的神經元來復制這個模型，以模擬衰老對形成的蛋白質聚集體的影響。雖然新系統(tǒng)可以快速生成腦中的神經元和關鍵的炎性膠質細胞，但報告的工作僅分別檢查了這些細胞類型。團隊現(xiàn)在正在將這些細胞類型結合在一起，以研究對帕金森病進展可能重要的蛋白質聚集過程的炎性反應。

研究人員總結道：“我們預計這里描述的快速且可擴展的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后果。他們將能夠系統(tǒng)地映射不同αS構象（或‘菌株’）在不同中樞神經系統(tǒng)細胞類型和共培養(yǎng)中的遺傳和物理相互作用，并模擬混合的蛋白病理。”

共同第一作者、布里格姆婦女醫(yī)院神經病學系研究員Alain Ndayisaba博士評論了實驗室中已經在進行的臨床應用。“在一個關鍵應用中，我們正在利用這項技術識別候選放射性示蹤分子，以幫助我們在診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)院神經病學系研究員Isabel Lam博士補充道：“這項技術將為快速開發(fā)來自個體患者的‘個性化干細胞模型’鋪平道路。這些模型已經在高效測試新診斷和治療策略‘培養(yǎng)皿中的臨床試驗’中使用，因此我們可以將正確的藥物針對正確的患者。”

研究人員進一步寫道，這些模型現(xiàn)在提供了一條包含“宿主”細胞和可以從患者組織和體液中擴增的蛋白質菌株的患者特異性模型路徑?，F(xiàn)在，原則上可以在來自個體患者的干細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：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