陈功团队发表新论文，再证神经再生基因疗法的可行性

2021

12/10

生物世界

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全世界约有5000万癫痫患者。癫痫的治疗方法包括抗癫痫药物、手术、神经调控、生酮饮食等治疗方法。其中，20%-30%的癫痫患者对抗癫痫药物不敏感。

编辑 | 王多鱼

排版 | 水成文

全世界约有5000万癫痫患者。癫痫的治疗方法包括抗癫痫药物、手术、神经调控、生酮饮食等治疗方法。其中，20%-30%的癫痫患者对抗癫痫药物不敏感。颞叶癫痫（Temporal lobe epilepsy，TLE）是一种常见的成人耐药性癫痫，其主要病理特征是海马中间神经元丢失、胶质细胞增生，导致局部脑区神经网络异常兴奋，进而引起大脑功能异常。耐药性颞叶癫痫常需要手术切除海马脑区，有一定的手术风险和并发症，神经调控和生酮饮食疗效有限，如何从根本上治疗颞叶癫痫是亟待解决的世界性难题。

近日，暨南大学陈功教授团队在 Progress in Neurobiology 期刊发表了题为： Neuroregenerative gene therapy to treat temporal lobe epilepsy in a rat model 的研究论文。

该研究将神经再生型基因疗法运用在了在大鼠颞叶癫痫模型上，将海马脑区的星形胶质细胞原位转分化为抑制性中间神经元，有效地降低了癫痫发作，从而为治疗难治性颞叶癫痫带来了新希望。

近年来，陈功教授团队开发了一种“神经再生基因疗法”为治疗难治性颞叶癫痫提供了潜在的新方法。“神经再生基因疗法”是一项利用病毒载体向脑内胶质细胞递送神经转录因子，将胶质细胞原位直接转分化为功能性神经元的新技术

基于这项新技术的发明，陈功教授团队已经发表了一系列工作，证明这种新疗法不仅可以在缺血性脑中风和亨廷顿舞蹈症小鼠模型上对大脑组织进行有效的修复，而且能够将脑损伤后形成的胶质瘢痕组织逆转为具有丰富神经元的脑组织，为大脑修复提供了结构性基础。更值得关注的是，陈功教授团队在去年发表了全球首个非人灵长类大脑原位神经再生的工作，为未来神经再生基因疗法的临床应用打下了坚实的基础。

神经再生基因疗法治疗颞叶癫痫大鼠的示意图

论文第一作者郑嘉骏博士表示，这项工作通过运用较为安全的腺相关病毒（AAV）载体，在颞叶癫痫大鼠模型海马脑区应激性星形胶质细胞中过表达神经转录因子NeuroD1，启动胶质细胞的基因重编程，关闭胶质基因并同时打开神经相关基因，从而将胶质细胞直接转分化为神经元。这种神经再生型基因疗法能够在癫痫海马组织中再生出功能性的抑制性中间神经元，显著降低海马神经元的异常同步放电，使病灶区的神经网络兴奋性与抑制性活动重新恢复平衡，从根本上抑制了颞叶癫痫的发作。

星形胶质细胞（Astrocyte）向神经元转分化的中间态同时具有胶质细胞（GFAP，Sox9）和神经元（NeuN）的双重标志物

这项工作的负责人陈功教授表示，这是首次将大脑原位神经再生技术应用于癫痫的治疗，并且在动物模型上取得了初步成果。值得一提的是，该研究的一大亮点是清晰地捕获到了胶质细胞向神经元转分化过程中的中间态，即转分化的早期同时具有胶质细胞（GFAP和Sox9）和神经元（NeuN）特有的生物标志物，而这种具有双重胶质-神经标志物的中间态（GFAP+NeuN+及 Sox9+NeuN+）在大脑的自然状态下是不太可能发生的，只可能是转分化的产物。转分化中间态的大量存在是对最近有些学者的质疑强有力的回答。

更有意思的是，该研究还发现神经转录因子NeuroD1在不同动物疾病模型的不同脑区，运用不同的启动子表达不同程度的NeuroD1，可以再生出不同类型的神经元。比如，先前在小鼠脑卒中的大脑皮层中强表达NeuroD1可以再生出兴奋性谷氨酸能神经元，而在颞叶癫痫大鼠海马区弱表达NeuroD1则再生出GABA能抑制性神经元（虽然海马区有大量的兴奋性神经元）。

陈功教授强调，这种神经再生的多样性充分说明胶质细胞转分化的确存在，并且依赖于转录因子的表达水平，和胶质细胞的谱系和应激态也有关。这一新发现对于进一步研究神经再生基因疗法在多种神经疾病中的临床应用有着重要的指导意义。

颞叶癫痫大鼠海马CA1区附近在 NeuroD1基因治疗9周后再生的新神经元（绿色）主要为抑制性中间神经元（PV，SST）

该研究的共同通讯作者余建东副教授表示，在转分化完成后，对多个组别的实验动物进行了电生理和行为学分析。结果表明，神经再生基因疗法能有效地抑制癫痫模型动物的反复自发发作，同时能改善其认知障碍和情绪异常。作为一种有别于传统的抗癫痫药物和手术的新型治疗手段，神经再生基因疗法能够在致痫区直接再生出新神经元以恢复兴奋与抑制的平衡，既避免了全脑神经元受抗癫痫药物的影响，又避免了手术的风险，为有效地治疗耐药性颞叶癫痫开辟了一条全新的道路

2021年12月6日，复旦大学脑科学转化研究院彭勃课题组、上海交通大学医学院附属精神卫生中心饶艳霞课题组、复旦大学附属华山医院毛颖课题组和上海交通大学附属精神卫生中心袁逖飞课题组合作，在 Neuron 发表论文，指出NeuroD1不能介导小胶质细胞转分化为神经元。

对于 Neuron 的这项研究成果，陈功教授表示赞同，他指出，自己实验室早在2013年发表的 Cell Stem Cell 论文中就报道了小胶质细胞不能够转分化为神经元。但是星型胶质细胞（Astrocytes）和 NG2胶质细胞可以转化为神经元。原因是小胶质细胞是由血液干细胞分化而来的，和神经元属于不同的发育谱系；而星型胶质细胞和NG2胶质细胞是由神经干细胞分化而来的，与神经元属于同一发育谱系。因此，把不同谱系来源的小胶质细胞转化为神经元肯定更加困难。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2021.102198

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(21)00944-2