細(xì)胞治療是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病最具前景的治療手段之一。80-90年代，歐洲和美國(guó)進(jìn)行了一系列針對(duì)帕金森病（PD）細(xì)胞移植治療的臨床研究。PD主要是由于中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元發(fā)生退行性變和丟失造成的運(yùn)動(dòng)功能障礙，通過移植流產(chǎn)胎兒中腦腹側(cè)的神經(jīng)前體細(xì)胞到病人的紋狀體，部分病人的運(yùn)動(dòng)功能可以得到一定程度的恢復(fù)，移植的神經(jīng)前體細(xì)胞在成年腦內(nèi)部分可以分化成多巴胺能神經(jīng)元，并釋放多巴胺，這些臨床研究證明了細(xì)胞移植在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的巨大潛能。人多能干細(xì)胞 (hPSCs)，包括人胚胎干細(xì)胞 (hESCs) 和人誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（hiPSCs）的應(yīng)用，進(jìn)一步拓展 了細(xì)胞治療的應(yīng)用前景。通過定向分化，人多能干細(xì)胞可以生成包括神經(jīng)元在內(nèi)的多種類型的細(xì)胞，為細(xì)胞治療的臨床應(yīng)用提供了大量的可再生的資源。在以疾病動(dòng)物模型為基礎(chǔ)的細(xì)胞治療研究中，移植的人多能干細(xì)胞來源的神經(jīng)細(xì)胞可以改善，包括亨廷頓舞蹈癥，帕金森病，脊髓損傷，和癲癇等在內(nèi)的多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的行為學(xué)表型。我們實(shí)驗(yàn)室主要研究成年腦內(nèi)細(xì)胞移植治療的機(jī)理和發(fā)展新的針對(duì)神經(jīng)退行性疾病細(xì)胞移植治療的策略。?
目前主要研究方向??
1、成年腦內(nèi)細(xì)胞治療的機(jī)制
在神經(jīng)系統(tǒng)疾病細(xì)胞治療中，外源移植的神經(jīng)細(xì)胞要完全替代內(nèi)源丟失的或功能異常的神經(jīng)細(xì)胞的功能需要經(jīng)歷三個(gè)階段：首先，移植的神經(jīng)前體細(xì)胞在腦內(nèi)要存活并分化成特定類型的神經(jīng)元；其次，神經(jīng)元長(zhǎng)出軸突，在成熟腦環(huán)境中延伸，找到正確的宿主靶細(xì)胞，并建立突觸聯(lián)系；最后，移植的神經(jīng)元需要接受上游信號(hào)的調(diào)控，與上游宿主神經(jīng)元建立突觸聯(lián)系。在經(jīng)歷了這些復(fù)雜的過程之后，外源移植的神經(jīng)細(xì)胞才最終可以整合入宿主的神經(jīng)環(huán)路，替代已丟失或功能異常神經(jīng)細(xì)胞的功能，達(dá)到理想的治療效果。然而，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)源特異性神經(jīng)投射和突觸聯(lián)系是在發(fā)育過程中逐步形成的，這一過程涉及很多復(fù)雜的分子機(jī)制，包括各種有吸引或排斥功能的軸突導(dǎo)向分子，細(xì)胞-細(xì)胞相互作用 ，放射狀膠質(zhì)細(xì)胞的引導(dǎo)等等。在成熟腦內(nèi)，這些分子機(jī)制大部分都減弱或消失了，僅有很少的一部分軸突導(dǎo)向分子在有限的幾個(gè)腦區(qū)中表達(dá)。因此，在干細(xì)胞移植領(lǐng)域，現(xiàn)在仍然不清楚成年腦內(nèi)移植的神經(jīng)干細(xì)胞（或前體細(xì)胞）的軸突投射以及移植細(xì)胞和宿主細(xì)胞突觸連接的形成是否具有特異性？如果有，其遵循的原則和機(jī)制是什么？我們將綜合運(yùn)用人多能干細(xì)胞定向分化技術(shù)，CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)，細(xì)胞移植，免疫組化，病毒介導(dǎo)的逆行和順行跨突觸示蹤以及功能磁共振技術(shù)，研究成年腦內(nèi)移植細(xì)胞軸突導(dǎo)向和突觸連接形成的原則和機(jī)制。
2、發(fā)展新的針對(duì)神經(jīng)退行性疾病細(xì)胞移植治療的策略??
在已報(bào)道的PD細(xì)胞治療模型中，人多能干細(xì)胞來源的中腦多巴胺能神經(jīng)元在體內(nèi)的分化效率一般在5%到60%之間，其他細(xì)胞包括GABA能神經(jīng)元，五羥色胺能神經(jīng)元，星形膠質(zhì)細(xì)胞以及其他未知的細(xì)胞類型。移植的多巴胺能神經(jīng)元至少包含兩種亞型，黑質(zhì)致密部來源（A9）的多巴胺能神經(jīng)元和腹側(cè)被蓋區(qū)來源的（A10）多巴胺能神經(jīng)元。這些非多巴胺能神經(jīng)元是潛在細(xì)胞治療副作用的來源。在以流產(chǎn)胎兒中腦組織為細(xì)胞來源的PD細(xì)胞治療臨床實(shí)驗(yàn)中，一部分病人會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的副作用，被稱為移植物誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)失調(diào)。移植組織中混雜的五羥色胺能神經(jīng)元被認(rèn)為是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因?，F(xiàn)在仍然不清楚不同亞型的多巴胺能神經(jīng)元在PD細(xì)胞治療的作用是否相同，或者會(huì)引起副作用，比如腹側(cè)被蓋區(qū)來源的多巴胺能神經(jīng)元是腦內(nèi)控制自然獎(jiǎng)賞通路的主要神經(jīng)元。另外，現(xiàn)在PD動(dòng)物模型細(xì)胞治療的研究主要是異位移植物-把分化的人多巴胺能神經(jīng)元移植到成年的PD模型鼠腦內(nèi)，這些PD模型動(dòng)物其腦內(nèi)的微環(huán)境還是正常的?，F(xiàn)在仍然不清楚，如果在同種移植的條件下，在衰老或PD疾病的模型動(dòng)物腦內(nèi)，細(xì)胞治療的效果是否仍然可以獲得和維持。我們將綜合運(yùn)用CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因編輯，多因子報(bào)告系統(tǒng)，病毒表達(dá)系統(tǒng)，電生理和定向分化技術(shù)發(fā)展新的多巴胺能神經(jīng)元亞型特異的分化方法，并且在PD模型小鼠和老年非人靈長(zhǎng)類PD模型動(dòng)物腦內(nèi)檢測(cè)細(xì)胞移植的療效和療效的維持，從而改進(jìn)細(xì)胞治療的策略。我們也將和其他組合作發(fā)展非人靈長(zhǎng)類PD動(dòng)物模型，并在該模型中檢測(cè)細(xì)胞治療的效果。
我們課題組的長(zhǎng)期目標(biāo)是通過對(duì)多能干細(xì)胞定向分化和細(xì)胞治療基礎(chǔ)問題的研究，發(fā)展安全有效的細(xì)胞治療策略，同時(shí)為推進(jìn)細(xì)胞治療的臨床轉(zhuǎn)化提供理論基礎(chǔ)。?
研究組組長(zhǎng);高級(jí)研究員
