剧情反转：再次证实星形胶质细胞可转分化为神经元丨专访陈功教授

撰文丨nagashi 编辑丨王多鱼 排版丨水成文

神经退行性疾病，是一类由进行性神经细胞死亡而导致功能障碍的一类疾病，包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿舞蹈症（HD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）等等。目前，神经退行性疾病的病因尚不明确并且无法治愈，严重威胁着人类健康的同时也造成了巨大的经济负担。

值得注意的是，这些神经退行性疾病，以及脑中风，都会导致大量神经元丢失。如果能在患者体内再生神经元，无疑就能从根本上治愈这些重大疾病。

近年来，暨南大学陈功教授团队等证实通过 AAV 病毒载体过表达 NeuroD1 基因能够将大脑中的星形胶质细胞转分化为神经元；加州大学圣地亚哥分校付向东团队和中科院神经所杨辉团队则分别证实了敲低 Ptbp1 基因同样可以实现星形胶质细胞向神经元的转分化。这些研究为神经退行性疾病和脑中风等疾病的治疗带来了新的希望。

然而，2021年9月27日，美国德克萨斯大学西南医学中心张春立团队在 Cell 期刊发表了一篇颠覆性研究论文【1】，该论文认为，过表达 NeuroD1 或敲低 Ptbp1 并不能把体内星形胶质细胞转分化为神经元。那些所谓的“新生神经元”只不过是大脑本身的原位神经元。

如果这篇 Cell 论文的结论正确的话，就意味着通过 NeuroD1 和 Ptbp1 来实现胶质细胞向神经元的转分化是不可行的，甚至是彻底否定了整个研究领域。

但科学研究从不是“一家之言”，也不是一篇顶刊论文就颠覆一切。这篇 Cell 论文发表后，《生物世界》采访了陈功教授，陈功教授向读者一一回应了 Cell 论文中的质疑之处（详情点击：独家专访：陈功教授解读胶质细胞向神经元转分化的研究争议）。

此外，陈功教授告诉《生物世界》，实验室正在做 AAV 的剂量效应实验，而且观察到了高滴度病毒所产生的毒性，同时也将加速双光子活体成像实验，让大家看到星形胶质细胞是如何逐步转化为神经元的。

9个月后的2022年6月26日，陈功教授团队在预印本平台 bioRxiv 发表了题为：Enhancing NeuroD1 Expression to Convert Lineage-Traced Astrocytes into Neurons 的研究论文【2】。对星形胶质细胞的转分化争议做出科学回应，进一步证实了星形胶质细胞可以转分化为神经元，并揭示了为什么之前有的研究没有观察到这种转分化。

《生物世界》也第一时间为大家带来这项最新研究的解读报道。

这项最新研究证明，野生型（WT）和谱系星形胶质细胞（转基因，用于示踪）可以转化为神经元，但谱系示踪的星形胶质细胞需要更强的转化力，例如通过增强子增强 NeuroD1 的表达。如果不能辨别野生型星形胶质细胞和谱系示踪星形胶质细胞在转分化障碍上的差异，将会导致实验数据的错误解读，从而得出错误的研究结论。

长期以来，在成年人的大脑中再生具有功能的新神经元一直被认为是一项非常具有挑战性的任务，因为正常情况下神经元在损伤和死亡之后是无法再生的。

然而，近年来世界范围内的多个研究团队证实，神经胶质细胞经诱导后可以直接转分化为功能性神经元，这一研究进展为神经再生和修复开辟了新的领域。但上述 Cell 论文使得这一新兴领域面临着严重的挑战。

在这项最新研究中，陈功教授团队对 Cell 论文的数据解读提出质疑。他们使用多种具有不同启动子和增强子的 AAV 载体，证明在野生型（WT）和转基因小鼠中星形胶质细胞都可以以 NeuroD1 剂量依赖的方式转分化为神经元。

星形胶质细胞向神经元的NeuroD1剂量依赖性转分化

值得注意的是，星形胶质细胞在野生型小鼠中相对容易转分化，其转分化效率更高，而在 Aldh1l1-CreERT2 转基因小鼠中的谱系示踪星形胶质细胞表现出对重编程的高抗性，但在使用 CMV 增强 NeuroD1 表达后仍然能转分化为神经元。

用CMV增强NeuroD1的表达可以提高星形胶质细胞到神经元的转分化效率 除此之外，在双光子显微镜下，研究团队观察到，在小鼠大脑皮层中连续成像3周内的星形胶质细胞直接转化为神经元。不仅如此，研究团队还使用多种 AAV GFAP::GFP 载体证明， 高滴度的 AAV 在达到10^13 GC/ml时会导致严重的神经元泄漏 ，这强调了向健康大脑注射低滴度的 AAV 以避免人为错误结果的必要性。

高滴度AAV引起剂量依赖性神经元渗漏 而这篇 Cell 论文正是使用了高滴度的1-2×10^13GC/mL的 AAV 病毒，这很容易对大脑组织产生了损伤并引起了神经元泄漏。 事实上，早在2010年，宾夕法尼亚大学的  Douglas Coulter 等人就曾在Nature Neuroscience上发表论文，报道了高滴度 AAV 有毒性 【3】 。

简单总结一下，陈功教授团队通过这篇预印本文章阐述了以下几个要点： 

1）向大脑注射高滴度 AAV 病毒会导致神经元泄漏，因此一定要做剂量-效应曲线。 

2）NeuroD1 诱导星形胶质细胞转分化呈剂量依赖性。 

3）谱系示踪的星形胶质细胞更难转分化，需要增强子来加强 NeuroD1 的表达才能推动转分化。 

4）双光子活体成像可以看到星形胶质细胞逐步转化为神经元，包括谱系示踪的星形胶质细胞。 

5）NeuroD1 在不同脑区转分化形成不同类型的神经元。 

NeuroD1诱导的星形胶质细胞到神经元的转分化的体内双光子活体成像 下面这个视频展现的是双光子活体脑影像观察，红色谱系示踪的星形胶质细胞在表达了 NeuroD1 后15天时大多还是胶质细胞形态，但到了第35天时则有许多转化成了红色神经元。

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陈功 教授表示， 用于谱系示踪的转基因星形胶质细胞更难转分化为神经元是 Cell 论文所忽略的一个关键点，论文中使用了高滴度的 AAV 病毒，从而造成了高水平的神经元泄漏。必须把滴度降为原来的1/100-1/10，再重复并检测泄露率，才是正确的、有说服力的实验方案。 此外，陈功教授还指出， 由于 AAV 可以同时感染神经元和胶质细胞，因此泄漏是不可避免的。但泄漏本身并不能够否定转分化，思考如何增加转分化比例而降低泄露比例是当下的研究重点。 最后，陈功教授对《生物世界》表示， 希望这些工作能够拨乱反正，让转分化领域重回正轨，同时也希望能在神经损伤和疾病模型上做神经再生的工作，为千千万万的病人探索全新的神经再生疗法。 值得一提的是，2022年3月27日，张春立团队在《美国国家科学院院刊》 （PNAS） 发表论文 【4】 ，该论文指出， 过表达转录因子 DLX2，可以让小鼠大脑中成熟的星形胶质细胞转变为诱导神经祖细胞 （iNPC） ，然后再分化为神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞。