多巴胺能神經(jīng)元是直接從星形膠質(zhì)細胞重編程而來的,，綠色染色標(biāo)注一種多巴胺合成必需的酶,，酪氨酸羥化酶,。圖片來自賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院Russell Addis博士,。
在努力發(fā)現(xiàn)新的治療帕金森疾病方法的過程中,，美國賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院(Perelman School of Medicine)研究人員將中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最為豐富的細胞類型星形膠質(zhì)細胞(astrocyte)直接重編程為產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元,。帕金森疾病的顯著特征是中腦內(nèi)多巴胺能神經(jīng)元(dopaminergic neuron)退化,。多巴胺是一種大腦化學(xué)物，在行為和認知,、隨意性運動,、睡眠、情緒,、注意力,、記憶和學(xué)習(xí)方面起著重要作用。2011年12月9日,，該研究發(fā)表在《PLoS ONE》期刊上,。
賓夕法尼亞大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究所主任John Gearhart博士，也是該研究的通訊作者,，他說,，“這些細胞能夠潛在性地用于帕金森疾病的細胞替換治療或者構(gòu)建實驗室帕金森疾病模型”。
該研究所高級研究員Russell C. Addis博士,，也是這篇研究論文的第一作者,，他說，“我們的研究是第一篇證實將星形膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化為中腦多巴胺能神經(jīng)元的論文,，從而為利用新的重編程策略治療帕金森疾病打開希望之門,。”
不同的治療方法
帕金森疾病影響大腦不同區(qū)域，不過主要還是攻擊稱作黑質(zhì)(substantial nigra)的產(chǎn)生多巴胺的區(qū)域,。這個區(qū)域的細胞發(fā)送多巴胺到另一個稱作紋狀體(striatum)的區(qū)域,，而在紋狀體中，多巴胺被用來調(diào)節(jié)運動,。隨著年齡的增大,，殺死多巴胺神經(jīng)元的化學(xué)或基因觸發(fā)物(genetic trigger)是理解這種特化細胞漸近性丟失的關(guān)鍵。
根據(jù)帕金森疾病基金會提供的數(shù)據(jù),，在美國有100萬人患有帕金森疾病,。癥狀包括顫動、運動遲緩,、肢體僵硬,、步伐和平衡上存在的障礙,。
過去15年來，將胎兒干細胞移植到帕金森疾病病人大腦中的臨床試驗取得的有限成功激勵著研究人員尋求新的治療方法,。研究人員利用PET掃描能夠觀察植入的神經(jīng)元生長和建立連接,，一段時間之后能夠減輕癥狀。關(guān)于胚胎干細胞來源的倫理問題,；植入的細胞與宿主細胞的相互作用,；干細胞增殖的效率；以及它們的長期活力和穩(wěn)定性,，依然是使用多巴胺能細胞移植治療帕金森疾病所要面臨的問題,。
邁出第一步
在邁向直接細胞替換治療帕金森疾病的第一步中，研究小組使用慢病毒載體運載轉(zhuǎn)錄因子ASCL1,，LMX1B和NURR1將星形膠質(zhì)細胞重編程為多巴胺能神經(jīng)元,。這種過程是有效的，兩周之后,，大約18%的細胞表達多巴胺能神經(jīng)元的標(biāo)記分子,。而之前最為接近的轉(zhuǎn)化效率大約是9%，已在另一篇研究報道過,。
從星形膠質(zhì)細胞獲得的多巴胺能神經(jīng)元表現(xiàn)出與中腦多巴胺能神經(jīng)元相同的基因表達模式和電生理學(xué)性質(zhì)，而且當(dāng)它們的細胞膜去極化后能夠釋放多巴胺,。
研究小組如今正在努力觀察這種在器皿中將星形膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化為多巴胺能神經(jīng)元的重編程過程是否在活著的大腦中也能同樣工作,。利用基因治療載體將重編程因子直接導(dǎo)入帕金森疾病模式猴子星形膠質(zhì)細胞中的實驗很快將開展。(生物谷：towersimper編譯)
doi:10.1371/journal.pone.0028719
PMC:
PMID:
Efficient Conversion of Astrocytes to Functional Midbrain Dopaminergic Neurons Using a Single Polycistronic Vector
Russell C. Addis, Fu-Chun Hsu, Rebecca L. Wright, Marc A. Dichter, Douglas A. Coulter, John D. Gearhart
Direct cellular reprogramming is a powerful new tool for regenerative medicine. In efforts to understand and treat Parkinson's Disease (PD), which is marked by the degeneration of dopaminergic neurons in the midbrain, direct reprogramming provides a valuable new source of these cells. Astrocytes, the most plentiful cells in the central nervous system, are an ideal starting population for the direct generation of dopaminergic neurons. In addition to their potential utility in cell replacement therapies for PD or in modeling the disease in vitro, astrocyte-derived dopaminergic neurons offer the prospect of direct in vivo reprogramming within the brain. As a first step toward this goal, we report the reprogramming of astrocytes to dopaminergic neurons using three transcription factors – ASCL1, LMX1B, and NURR1 – delivered in a single polycistronic lentiviral vector. The process is efficient, with 18.2±1.5% of cells expressing markers of dopaminergic neurons after two weeks. The neurons exhibit expression profiles and electrophysiological characteristics consistent with midbrain dopaminergic neurons, notably including spontaneous pacemaking activity, stimulated release of dopamine, and calcium oscillations. The present study is the first demonstration that a single vector can mediate reprogramming to dopaminergic neurons, and indicates that astrocytes are an ideal starting population for the direct generation of dopaminergic neurons
