轉(zhuǎn)分化技術(shù)在神經(jīng)修復(fù)中的應(yīng)用

何怡果，謝樂(lè)斯，邱猛生,3,4，楊俊林,3

(1. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 311121； 2. 杭州市第一人民醫(yī)院，浙江 杭州 310006； 3. 浙江省器官發(fā)育與再生技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311121; 4. 美國(guó)路易斯維爾大學(xué)醫(yī)學(xué)院，美國(guó)肯塔基州 路易斯維爾 40292)

1962年，科學(xué)家通過(guò)對(duì)細(xì)胞核移植的研究，打破了關(guān)于成熟體細(xì)胞無(wú)法重編程的傳統(tǒng)觀點(diǎn)[1].其研究表明，卵子細(xì)胞質(zhì)中有一些因素可以使分化成熟的細(xì)胞恢復(fù)多能性.1987年，研究者通過(guò)過(guò)表達(dá)MyoD基因成功實(shí)現(xiàn)了小鼠成纖維細(xì)胞到成肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化[2].2006年，科學(xué)家用Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 4個(gè)基因誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞發(fā)生基因組重編程，獲得了誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs).iPSCs具有分化多潛能性，能夠分化為3個(gè)胚層的組織細(xì)胞[3-4]，并且規(guī)避了異體干細(xì)胞移植的倫理及免疫排斥問(wèn)題[5-6].然而，后續(xù)研究表明，iPSCs的應(yīng)用仍然面臨癌變和分化效率低下等諸多挑戰(zhàn).這些問(wèn)題促成了轉(zhuǎn)分化技術(shù)的出現(xiàn).轉(zhuǎn)分化是指將一種特定的體細(xì)胞直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N細(xì)胞的技術(shù)，中間不經(jīng)過(guò)多潛能干細(xì)胞狀態(tài).轉(zhuǎn)分化技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)病變組織的原位修復(fù)，相對(duì)于干細(xì)胞移植而言，這種治療策略涉及到的免疫學(xué)及倫理問(wèn)題更少.目前，這一技術(shù)獲得了神經(jīng)再生醫(yī)學(xué)的青睞.肌萎縮性側(cè)索硬化、帕金森病和阿爾茨海默病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病通常伴隨著神經(jīng)元的逐漸喪失和退化[7-8].多發(fā)性硬化和腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良等疾病，則往往由少突膠質(zhì)細(xì)胞(oligodendrocytes，OLs)凋亡引起脫髓鞘所導(dǎo)致.在上述神經(jīng)疾病中，除了發(fā)生神經(jīng)元或少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡以外，星形膠質(zhì)細(xì)胞還會(huì)因受到刺激而被活化[9-11]，分泌神經(jīng)抑制因子阻止神經(jīng)元的生長(zhǎng)[11].轉(zhuǎn)分化技術(shù)的出現(xiàn)為神經(jīng)修復(fù)治療帶來(lái)了新的曙光，可以通過(guò)將病灶附近的冗余細(xì)胞如星形膠質(zhì)細(xì)胞或炎癥細(xì)胞等轉(zhuǎn)分化為功能性的神經(jīng)元(induced Neuron, iNeuron)或少突膠質(zhì)細(xì)胞(induced Oligodendrocyte, iOL)，從而促進(jìn)神經(jīng)環(huán)路重建或髓鞘再生.文章系統(tǒng)地綜述了轉(zhuǎn)分化技術(shù)在神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展.

1 神經(jīng)修復(fù)的轉(zhuǎn)分化技術(shù)基礎(chǔ)

1.1 轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化

轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)分化是目前使用最廣泛、最主要的誘導(dǎo)方法.人們通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子組合和關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子過(guò)表達(dá)等方式，已經(jīng)成功地轉(zhuǎn)化了多種近緣和遠(yuǎn)緣細(xì)胞.Shinya Yamanaka在2006年的重要報(bào)道激發(fā)了人們對(duì)遠(yuǎn)緣細(xì)胞之間實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)分化的思考.在神經(jīng)細(xì)胞領(lǐng)域，研究者們?cè)诖竽X皮層星形膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，Pax 6的過(guò)表達(dá)可以將星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元[12].同樣，一些研究也證明，星形膠質(zhì)細(xì)胞可以通過(guò)過(guò)表達(dá)Ascl1或Ngn2轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元[13].之后，肝細(xì)胞、周細(xì)胞[14]和成纖維細(xì)胞[15]等向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)分化也被證明.其中，成纖維細(xì)胞因?yàn)槠鋽?shù)量多、分布廣等優(yōu)勢(shì)，常作為科學(xué)家們研究轉(zhuǎn)分化的材料.再之后，人們也實(shí)現(xiàn)了小鼠成纖維細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化[16].Zhang等證明反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)單一神經(jīng)轉(zhuǎn)錄因子NeuroD1的過(guò)表達(dá)而重編程為功能性神經(jīng)元[17].科學(xué)家通過(guò)NeuroD1與BAM的組合成功地從人成纖維細(xì)胞產(chǎn)生功能性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元.形態(tài)學(xué)和功能鑒定進(jìn)一步表明NeuroD1和BAM的結(jié)合產(chǎn)生了最成熟的神經(jīng)元細(xì)胞[18].血清素能神經(jīng)元是中腦中相對(duì)較少的一類(lèi)神經(jīng)元，在大腦中發(fā)揮多種重要功能.血清素能神經(jīng)元的功能障礙將導(dǎo)致包括焦慮、孤獨(dú)癥、抑郁癥和飲食障礙等多種精神疾病.最近研究顯示，通過(guò)過(guò)表達(dá)Ascl1、Foxa2、Lmx1b和FEV 4種轉(zhuǎn)錄因子，人原代成纖維細(xì)胞可以直接轉(zhuǎn)分化為血清素能神經(jīng)元[19].這些誘導(dǎo)的血清素能神經(jīng)元能夠表達(dá)成熟血清素能神經(jīng)元的特異性標(biāo)志物.

多發(fā)性硬化和腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良等脫髓鞘疾病的治療需要功能性少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(oligodendrocyte precursor cell，OPC).然而實(shí)驗(yàn)證明OPC并不容易獲得，從人類(lèi)多能干細(xì)胞的定向分化中獲得可移植的OPC很困難.多年前，Najm等使用幾組轉(zhuǎn)錄因子將小鼠胚胎和肺成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化成誘導(dǎo)性少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞(induced oligodendrocyte precursor cell，iOPC)[20].近年，Yang等通過(guò)過(guò)表達(dá)Sox10、Olig2和ZFP536 3種轉(zhuǎn)錄因子將小鼠和大鼠成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化為iOPCs[21].星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的細(xì)胞類(lèi)型，是維持大腦穩(wěn)態(tài)的重要神經(jīng)細(xì)胞，其功能障礙會(huì)導(dǎo)致如肌萎縮性側(cè)索硬化、阿爾茨海默氏病等多種神經(jīng)疾病.2015年，Caiazzo等利用NFIA、NFIB和Sox9將小鼠成纖維細(xì)胞高效地轉(zhuǎn)分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞.

1.2 microRNA誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化

microRNA是靶mRNA的阻遏物，參與基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，在直接重編程中發(fā)揮著重要作用[22-23].2011年，研究者發(fā)現(xiàn)miR-124與兩種轉(zhuǎn)錄因子Brn2和Myt1L一起，可以誘導(dǎo)成年人皮膚成纖維細(xì)胞快速轉(zhuǎn)分化為功能性神經(jīng)元[24]，誘導(dǎo)獲得的神經(jīng)元之間能夠產(chǎn)生功能性突觸.之后，科學(xué)家使用了兩種在大腦中高度表達(dá)的miR-9/9*和miR-124，成功地將人成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為有生理功能的神經(jīng)元[25].然而，僅用microRNAs獲得的MAP2陽(yáng)性細(xì)胞的百分比相當(dāng)?shù)?為了提高神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化效率和成熟程度，microRNAs需要與額外的轉(zhuǎn)錄因子如D2、Asc1和Myt1L配合使用.盡管microRNA有不整合、易轉(zhuǎn)染、更安全等優(yōu)點(diǎn)，但是其誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)分化效率非常低，很少有人單獨(dú)使用，因此microRNA在轉(zhuǎn)分化上的應(yīng)用尚需更多探究.關(guān)于microRNA誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)元的報(bào)道已不罕見(jiàn)，但誘導(dǎo)產(chǎn)生少突膠質(zhì)細(xì)胞的報(bào)道則較少.

1.3 小分子化合物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化

上述方法中都涉及到基因操縱，所以難以避免臨床應(yīng)用的安全性問(wèn)題.因此，有必要尋求一種具有低免疫原性、低成本和易于操作的替代策略.相比之下，小分子策略避免了基因操縱帶來(lái)的眾多風(fēng)險(xiǎn)，可能是最有希望的潛在解決方案之一.早期研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)物質(zhì)可以通過(guò)提高轉(zhuǎn)分化效率來(lái)影響體細(xì)胞向體細(xì)胞或體細(xì)胞向iPSC轉(zhuǎn)變的進(jìn)程[26-27]，只使用小分子化合物不太可能完成體細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)分化.之后的研究表明，化學(xué)物質(zhì)能夠誘導(dǎo)體細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化.2013年，有研究者利用7個(gè)小分子化合物組合成功將小鼠胚胎成纖維細(xì)胞直接誘導(dǎo)為多能干細(xì)胞[28].之后，科學(xué)家也利用小分子化合物成功將小鼠成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為了功能性神經(jīng)細(xì)胞[29].同樣，Zhang等證明，將人星形膠質(zhì)細(xì)胞連續(xù)置于9種小分子的混合物中，可以在8～10 d內(nèi)成功地將其轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元[17].總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)小分子驅(qū)動(dòng)的直接轉(zhuǎn)分化來(lái)產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞具有很大的臨床應(yīng)用潛力.但是由于小分子化合物的多樣性和復(fù)雜性，其使用難度較高.

1.4 其他誘導(dǎo)方法轉(zhuǎn)分化

除上述轉(zhuǎn)分化方法之外，人們還發(fā)現(xiàn)了其他一些誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化的方法.但是由于這些方法本身的缺陷或?qū)ζ溲芯坎粔虻仍颍茨艽罅炕蛘邚V泛使用.人們利用細(xì)胞因子組合完成了多能干細(xì)胞的定向分化，也利用細(xì)胞因子的調(diào)整成功實(shí)現(xiàn)了成體干細(xì)胞的體外轉(zhuǎn)分化.如科學(xué)家經(jīng)過(guò)VEGF處理，成功在體內(nèi)將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成內(nèi)皮細(xì)胞，在體外也利用細(xì)胞因子組合使其成功轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)細(xì)胞等[30].但是，由于誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化時(shí)細(xì)胞因子的利用難度較大，獲得的成體細(xì)胞與原代細(xì)胞有較大的功能差距等原因，通常只作為其他誘導(dǎo)分化方法的輔助手段.

另外，對(duì)表觀遺傳修飾起調(diào)控作用的蛋白也被發(fā)現(xiàn)含有誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的作用.組蛋白甲基化、組蛋白乙?；?、DNA甲基化等表觀遺傳修飾在體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為多能干細(xì)胞的過(guò)程中發(fā)揮重要作用.如在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的過(guò)程中，DNA甲基化和小分子抑制劑抑制組蛋白乙?；梢云鸬酱龠M(jìn)作用[31-32].不過(guò)目前科學(xué)家對(duì)表觀遺傳調(diào)控機(jī)制在轉(zhuǎn)分化過(guò)程的作用了解較少，轉(zhuǎn)分化的方向依然由轉(zhuǎn)錄因子等決定，表觀遺傳修飾主要起輔助作用.

2 轉(zhuǎn)分化技術(shù)的神經(jīng)修復(fù)策略

神經(jīng)細(xì)胞與身體正常生理活動(dòng)密切相關(guān)，神經(jīng)細(xì)胞的退化或損傷將會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)神經(jīng)疾病的發(fā)生.通過(guò)轉(zhuǎn)分化技術(shù)將其他細(xì)胞誘導(dǎo)分化為目標(biāo)神經(jīng)細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)神經(jīng)修復(fù)，已成為值得探索的新治療方向.

2.1 外源細(xì)胞轉(zhuǎn)分化移植修復(fù)策略

2.1.1 轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的移植修復(fù)

髓鞘喪失或功能障礙影響到全世界數(shù)百萬(wàn)人.OPC是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中少突膠質(zhì)細(xì)胞的主要來(lái)源，在髓鞘疾病動(dòng)物模型中用于細(xì)胞治療展現(xiàn)出廣闊前景.2013年，Najm等使用3組特定轉(zhuǎn)錄因子將小鼠胚胎和肺成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化為iOPCs[20]，這些iOPCs顯示出與原代OPCs一致的雙極形態(tài)和基因表達(dá)譜，可以在體外擴(kuò)增至少5代，同時(shí)保持著分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力.當(dāng)移植到脫髓鞘小鼠中時(shí)，它們能覆蓋宿主軸突并產(chǎn)生致密的髓鞘，展現(xiàn)了修復(fù)髓鞘的潛力.同年，Yang等通過(guò)過(guò)表達(dá)3種轉(zhuǎn)錄因子(Sox10、Olig2和Zfp536)將小鼠和大鼠成纖維細(xì)胞重編程為與原代OPCs非常相似的iOPCs[33]，這些iOPCs在體外能夠增殖并且具有分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞的潛能，在移植到髓鞘發(fā)育不良的患病小鼠大腦后參與了髓鞘形成.

2.1.2 轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元的移植修復(fù)

Zhang等將人星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元以后，注射到小鼠大腦中，這些人神經(jīng)元可以在小鼠腦內(nèi)存活超過(guò)1個(gè)月，并整合到神經(jīng)回路中[17].這為神經(jīng)再生修復(fù)提供了新思路.中腦多巴胺能神經(jīng)元的功能和結(jié)構(gòu)異常與帕金森病等多種神經(jīng)退行性疾病有著密切關(guān)系.因此，人們?cè)隗w細(xì)胞向多巴胺能神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化上進(jìn)行了努力嘗試.2011年，科學(xué)家通過(guò)BAM、Foxa2和Lmx1A同時(shí)過(guò)表達(dá)，成功將人類(lèi)胚胎成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為中腦多巴胺能神經(jīng)元[34].無(wú)獨(dú)有偶，另一種轉(zhuǎn)錄因子Ascl1和中腦多巴胺能神經(jīng)元特異性轉(zhuǎn)錄因子Nurr1和Lmx1A一起也能有效地將小鼠或人成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成多巴胺能神經(jīng)元[35].但由于它們與內(nèi)源性多巴胺神經(jīng)元相比不太成熟，并且缺乏亞型特異性標(biāo)志物的表達(dá)，這些誘導(dǎo)獲得的多巴胺能神經(jīng)元不能完全替代成熟的多巴胺能神經(jīng)元.不過(guò)，將這些誘導(dǎo)性多巴胺能神經(jīng)元移植到帕金森病小鼠紋狀體中后，帕金森病的癥狀得到了顯著緩解.脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷和退行性疾病中也扮演著重要角色.2011年，科學(xué)家利用4種轉(zhuǎn)錄因子Lhx3、Hb9、Isl1和Ngn2成功將小鼠成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為功能性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元(induced motoneuron，iMN)[36].他們將iMNs移植到雞胚的神經(jīng)管中，結(jié)果顯示iMNs能夠植入、遷移到合適的整合位點(diǎn)，并在體內(nèi)正確響應(yīng)引導(dǎo)信號(hào)，不僅表達(dá)泛神經(jīng)元和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元特異性標(biāo)記，而且還獲得了激發(fā)動(dòng)作電位和接收突觸輸入的能力，表明其應(yīng)用于移植再生的潛力.

2.1.3 轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)前體細(xì)胞的移植修復(fù)

神經(jīng)前體細(xì)胞(neural precursor cell,NPC)具有分化為所有類(lèi)型神經(jīng)細(xì)胞的能力，而且能夠參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷修復(fù)，利用NPC修復(fù)腦和脊髓的損傷具有很好的應(yīng)用前景.2011年，Lujan等成功實(shí)現(xiàn)利用轉(zhuǎn)錄因子將小鼠胚胎成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)為誘導(dǎo)神經(jīng)前體細(xì)胞(induced neural precursor cell,iNPC)，這些iNPCs不僅可以分化為神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞，還可以分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞.移植實(shí)驗(yàn)表明iNPCs在腦內(nèi)能夠分化為少突膠質(zhì)細(xì)胞，與內(nèi)源性神經(jīng)前體細(xì)胞分化而來(lái)的少突膠質(zhì)細(xì)胞一樣具有形成髓鞘的能力.他們的實(shí)驗(yàn)證明了iNPCs自體移植用于神經(jīng)再生修復(fù)的可能.

2.2 內(nèi)源細(xì)胞原位轉(zhuǎn)分化修復(fù)策略

盡管將其他成體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)細(xì)胞具有很大的應(yīng)用潛力，但這一策略仍然面臨細(xì)胞移植對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)可能造成的損傷.因此，將內(nèi)源體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為目標(biāo)神經(jīng)細(xì)胞的原位修復(fù)策略引起了研究者們的極大興趣.

2.2.1 星形膠質(zhì)細(xì)胞原位轉(zhuǎn)分化修復(fù)

人們發(fā)現(xiàn)，原位內(nèi)源細(xì)胞可以通過(guò)重編程方法產(chǎn)生目標(biāo)細(xì)胞.從這個(gè)角度來(lái)看，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞可能比其他細(xì)胞類(lèi)型更具優(yōu)勢(shì).星形膠質(zhì)細(xì)胞是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的細(xì)胞，不僅在生理活動(dòng)中起著不可或缺的作用[37]，而且還參與很多神經(jīng)疾病的病理過(guò)程[10].一旦中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷，星形膠質(zhì)細(xì)胞就會(huì)受刺激而被活化，不斷增殖而形成膠質(zhì)瘢痕.如果這些活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠被重編程為功能性神經(jīng)元或少突膠質(zhì)細(xì)胞，神經(jīng)修復(fù)的過(guò)程將會(huì)大大縮短，膠質(zhì)疤痕也很可能會(huì)逐漸減少甚至消去.因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞原位轉(zhuǎn)分化引起了眾多研究者的關(guān)注.2002年，一項(xiàng)體外研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞可以通過(guò)Pax6的過(guò)表達(dá)而重編程為誘導(dǎo)性神經(jīng)元.之后，Torper等在小鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)分化，這些轉(zhuǎn)分化而來(lái)的神經(jīng)元在GFAP-Cre轉(zhuǎn)基因小鼠模型紋狀體中表現(xiàn)穩(wěn)定，并整合到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中[38].2016年，研究者發(fā)現(xiàn)Sox2基因可以基于PBAE的納米粒子傳遞到原代人星形膠質(zhì)細(xì)胞中，并將其轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元[39].納米粒子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因規(guī)避了病毒載體的潛在風(fēng)險(xiǎn)，用于轉(zhuǎn)染原代人星形膠質(zhì)細(xì)胞的PBAE載體基因表達(dá)效率高，細(xì)胞毒性較低，被視作潛在的臨床應(yīng)用候選載體.在刺傷部位的活化星形膠質(zhì)細(xì)胞中過(guò)表達(dá)神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄因子NeuroD1，可以將它們轉(zhuǎn)分化為功能性神經(jīng)元[40].這些神經(jīng)元具備重復(fù)動(dòng)作電位和自發(fā)突觸反應(yīng)，并進(jìn)一步與周?chē)窠?jīng)元形成功能連接.而且，這些神經(jīng)元在成年小鼠皮層中可以存活2個(gè)多月，表現(xiàn)出了它們?cè)诖竽X修復(fù)治療上的巨大潛力.研究者直接將NeuroD1逆轉(zhuǎn)錄病毒注射到阿爾茨海默病小鼠模型的皮質(zhì)中，能夠誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為功能性神經(jīng)元.因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化為創(chuàng)傷性神經(jīng)損傷和神經(jīng)疾病的自體修復(fù)提供了重要方案.

2.2.2 對(duì)NG2+細(xì)胞原位轉(zhuǎn)分化修復(fù)

NG2+細(xì)胞存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是一類(lèi)細(xì)胞亞群，能夠產(chǎn)生少突膠質(zhì)細(xì)胞、原漿性星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元等.2013年，Guo等證明，阿爾茨海默病模型或損傷小鼠皮層中的NG2+細(xì)胞可以通過(guò)過(guò)表達(dá)NeuroD1而在體內(nèi)直接轉(zhuǎn)分化為功能性神經(jīng)元[40].NeuroD1表達(dá)后，星形膠質(zhì)細(xì)胞被重編程為谷氨酸能神經(jīng)元，而NG2+細(xì)胞被轉(zhuǎn)分化為谷氨酸能和γ-氨基丁酸能神經(jīng)元，這些神經(jīng)元最終整合到了局部神經(jīng)回路中.2015年，Torper等提出了一種基于腺相關(guān)病毒(AAV)的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，可用于特異性高效轉(zhuǎn)化膠質(zhì)細(xì)胞，并且允許對(duì)新神經(jīng)元的表型和功能進(jìn)行長(zhǎng)期分析[41].將病毒載體注射到小鼠紋狀體中后，紋狀體NG2+細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為γ-氨基丁酸能和谷氨酸能神經(jīng)元，這些神經(jīng)元長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，顯示出功能神經(jīng)元的電生理特性，并且以有效的方式整合到局部神經(jīng)回路中，他們的研究成果為神經(jīng)修復(fù)開(kāi)辟了一條新的治療途徑.

2.2.3 神經(jīng)元原位轉(zhuǎn)分化修復(fù)

由于不同的神經(jīng)元在形態(tài)特征、神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、長(zhǎng)距離軸突延伸等方面各有不同，神經(jīng)元到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)分化可能更容易產(chǎn)生高度特異性的神經(jīng)元.這種策略不僅使新產(chǎn)生的神經(jīng)元易于整合到神經(jīng)回路中，大大降低形成腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以維持神經(jīng)元的基本性質(zhì)和功能.所以，對(duì)于臨床應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種轉(zhuǎn)化更加方便、安全，是一種理想的神經(jīng)元修復(fù)策略.研究表明神經(jīng)元之間的轉(zhuǎn)分化是可以實(shí)現(xiàn)的[42].2013年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)單獨(dú)過(guò)表達(dá)Fezf2可以直接將早期胼胝體投射神經(jīng)元轉(zhuǎn)分化為皮質(zhì)激素神經(jīng)元[43]，這就證明了早期神經(jīng)元的轉(zhuǎn)分化是可行的.但之后的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)神經(jīng)元逐漸老化時(shí)，神經(jīng)元的直接轉(zhuǎn)化變得越來(lái)越困難[44].因此，為了實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元轉(zhuǎn)分化直接得到成熟神經(jīng)元或者實(shí)現(xiàn)對(duì)成熟神經(jīng)元的直接轉(zhuǎn)分化，科學(xué)家接下來(lái)需要對(duì)成熟神經(jīng)元轉(zhuǎn)分化機(jī)制進(jìn)行研究.

3 評(píng)價(jià)與展望

從轉(zhuǎn)分化技術(shù)的發(fā)展方面來(lái)看，轉(zhuǎn)分化技術(shù)由于簡(jiǎn)單，而且能夠直接以患者自體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為目標(biāo)功能細(xì)胞，有規(guī)避倫理、免疫排斥和腫瘤形成等問(wèn)題的眾多優(yōu)點(diǎn)，在細(xì)胞治療上展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景.但從目前的情況來(lái)看，轉(zhuǎn)分化技術(shù)的應(yīng)用尚面臨挑戰(zhàn).第一，轉(zhuǎn)分化過(guò)程中主要通過(guò)基因操作實(shí)現(xiàn)，而基因操作存在著致癌風(fēng)險(xiǎn).所以科學(xué)家開(kāi)發(fā)了小分子化合物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化以避免基因操作.然而，僅少數(shù)細(xì)胞在小分子化合物的誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)分化.小分子化合物的更廣泛應(yīng)用可以進(jìn)一步推動(dòng)轉(zhuǎn)分化技術(shù)的發(fā)展.第二，轉(zhuǎn)分化獲得的目標(biāo)細(xì)胞數(shù)量較少.轉(zhuǎn)分化技術(shù)直接將成體細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化，而成體細(xì)胞通常不能或難以增殖.如何獲得足夠數(shù)量的目標(biāo)細(xì)胞以進(jìn)行更深層的探究，也是一個(gè)有待突破的難題.

轉(zhuǎn)分化技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)再生修復(fù)領(lǐng)域尚有許多難題有待攻克.首先，發(fā)育成熟是神經(jīng)細(xì)胞發(fā)揮生理功能的關(guān)鍵因素之一，通過(guò)轉(zhuǎn)分化獲得神經(jīng)元或者少突膠質(zhì)細(xì)胞要解決好誘導(dǎo)難度和成熟度的矛盾，即越年輕的細(xì)胞越容易發(fā)生轉(zhuǎn)化，而越年輕的神經(jīng)細(xì)胞功能性越差.其次，轉(zhuǎn)分化的效率有待提高.當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化實(shí)驗(yàn)中，都遇到了轉(zhuǎn)分化效率低的問(wèn)題.為了更深層次的探究和臨床的應(yīng)用，研究者需要在提高轉(zhuǎn)分化效率上做更多探究.最后，在基礎(chǔ)研究達(dá)到一定的突破后，如何建立一個(gè)穩(wěn)定、高效的臨床應(yīng)用誘導(dǎo)系統(tǒng)成為轉(zhuǎn)分化技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的臨床治療的關(guān)鍵問(wèn)題.