EN
全球共有約5500萬人阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，簡稱AD）患者。隨著人口的老年化，這個(gè)數(shù)字每20年就會(huì)翻一倍。在85歲以上老年人中，每3人就會(huì)有1人是阿爾茲海默癥患者。其中，散發(fā)性、晚發(fā)性阿爾茨海默病（late-onset Alzheimer’s disease，簡稱LOAD）為最常見的阿爾茨海默病類型，占總病例的95%以上。晚發(fā)性阿爾茨海默病患者所表現(xiàn)的癥狀通常要在65歲或以上時(shí)才開始顯現(xiàn)。在患者出現(xiàn)失憶等癥狀之前，其實(shí)該疾病已經(jīng)在大腦里發(fā)展了幾十年的時(shí)間了。遺憾的是，對(duì)于阿爾茨海默癥，我們目前還沒有治愈的方法。由于晚發(fā)性阿爾茨海默病的病因非常復(fù)雜，并非單獨(dú)由基因遺傳來決定的，還有很多非遺傳的因素在影響疾病的發(fā)生，所以每個(gè)患者的治病的因素都是不一樣的。因此，在實(shí)驗(yàn)室研究里用傳統(tǒng)的高表達(dá)基因的方法是很難模擬此類疾病的。直到現(xiàn)在，我們還沒有合適的模型來研究散發(fā)性、晚發(fā)性阿爾茨海默病，這也導(dǎo)致了我們對(duì)該疾病的發(fā)生機(jī)制還知之甚少，同時(shí)也制約了我們?nèi)ふ业叫碌闹委煼椒ǖ哪芰Α?/span>
最近，來自美國圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的資深發(fā)育生物學(xué)教授Andrew Yoo團(tuán)隊(duì)的孫昭博士等研究人員在Science發(fā)表研究論文，題為：Endogenous recapitulation of late-onset Alzheimer’s disease neuropathology via direct neuronal reprogramming，論文在建立晚發(fā)性阿爾茨海默病的疾病模型上取得了突破性進(jìn)展。孫昭博士等人開發(fā)了一種基于高表達(dá)microRNA的方法可以將病人的皮膚細(xì)胞直接重編程/直接轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元細(xì)胞。該發(fā)現(xiàn)使得在不進(jìn)行人腦活檢的情況下研究阿爾茨海默病患者的腦細(xì)胞成為可能。更有趣的是，這些體外誘導(dǎo)的神經(jīng)元像一面鏡子一樣，準(zhǔn)確的展示了阿爾茨海默病患者腦部的主要病理特征：包括臨床上看到的β淀粉樣蛋白（Aβ），tau蛋白的沉積，以及神經(jīng)元的死亡。該研究還用利用了此模型發(fā)現(xiàn)了可以緩解阿爾茨海默病的神經(jīng)元死亡的新方法：即通過阻止轉(zhuǎn)座子元件（“跳躍基因”）失調(diào)，研究人員成功地使病人來源的的神經(jīng)元細(xì)胞死亡減少，使其變得更健康。這項(xiàng)重大的發(fā)現(xiàn)對(duì)于阿爾茨海默病的病理和機(jī)制的研究，以及開發(fā)針對(duì)老年癡呆病病人個(gè)性化的治療方法與藥物的篩選都至關(guān)重要。
詳細(xì)來說，該研究團(tuán)隊(duì)使用人腦部富集的microRNAs（miRNAs）：miR-9/9*和miR-124，作為高效誘導(dǎo)皮膚細(xì)胞變成神經(jīng)元的因子，在三維（3D）培養(yǎng)環(huán)境中將患者的皮膚的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)換為成神經(jīng)元，建立起了一個(gè)可以捕捉年齡以及AD表型的強(qiáng)大轉(zhuǎn)換平臺(tái)。研究者發(fā)現(xiàn)，通過直接重編程生成的神經(jīng)元保留了受影響個(gè)體的細(xì)胞年齡因素，這為該細(xì)胞模型能夠再現(xiàn)與晚發(fā)性阿爾茨海默病相關(guān)的病理及退行性過程打下了基礎(chǔ)。這與誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)來源的神經(jīng)元失去了來源患者的本來年齡特征而變?yōu)榕咛テ诘纳窠?jīng)元相比，具有巨大技術(shù)性的優(yōu)勢(shì)。
作為原理驗(yàn)證，研究人員首先使用了來自家族式、顯性遺傳式的阿爾茨海默病（autosomal dominant Alzheimer’s disease，簡稱ADAD）的皮膚細(xì)胞來進(jìn)行體外重編程。因?yàn)檫@類家族式的阿爾茨海默病是完全由單一基因突變引起的。其病因和晚發(fā)性阿爾茨海默病相比較為單一，因此理論上相對(duì)容易模擬。但是這種家族遺傳型的阿爾茨海默病是少見的（只占到阿爾茨海默病總病人數(shù)的5%或更少）。研究者在顯性遺傳式的阿爾茨海默病患者來源的皮膚細(xì)胞中高表達(dá)miR-9/9*-124以及NEUROD2和MYT1L來誘導(dǎo)神經(jīng)元的產(chǎn)生。這種miRNA誘導(dǎo)的神經(jīng)元產(chǎn)生的3D培養(yǎng)方式有兩種：1）將神經(jīng)元培養(yǎng)在由Matrigel組成的細(xì)膠層中（thin gel）培養(yǎng)。2）將神經(jīng)元培養(yǎng)在高細(xì)胞密度、自組裝的神經(jīng)元球體（spheroids）中。通過與年齡相仿的正常認(rèn)知個(gè)體的對(duì)照神經(jīng)元進(jìn)行比較，研究者發(fā)現(xiàn)顯性遺傳式的阿爾茨海默病患者來源的神經(jīng)元表現(xiàn)出Aβ淀粉樣蛋白、具有傳播性的、不可溶的tau蛋白形成、神經(jīng)突的異樣膨脹、以及神經(jīng)死亡。更重要的是，當(dāng)研究者將這種體外3D神經(jīng)重編程的方法應(yīng)用于來自散發(fā)性、不遺傳的、晚發(fā)性的阿爾茨海默病個(gè)體的成纖維細(xì)胞時(shí)，也同樣有效地展現(xiàn)出了AD的標(biāo)志性病理特征。有趣的是，在體外神經(jīng)誘導(dǎo)的早期階段去抑制β淀粉樣蛋白（Aβ）的生成可減少Aβ沉積、tau病和神經(jīng)死亡，而在Aβ沉積已經(jīng)開始形成以后再去進(jìn)行干預(yù)則效果卻不明顯。這與臨床上Aβ抗體治療的結(jié)論是一致的。強(qiáng)調(diào)了早期治療或者干預(yù)的重要性。
此外，與年齡匹配的對(duì)照組相比，晚發(fā)性的阿爾茨海默病患者來源的體外轉(zhuǎn)化的神經(jīng)元表現(xiàn)出與神經(jīng)炎癥相關(guān)的基因表達(dá)變化。有趣的是，相比于來源于年輕健康個(gè)體（36-61歲）的對(duì)照組的神經(jīng)元，年長健康對(duì)照（66-90歲）和晚發(fā)性的阿爾茨海默病患者（66-90歲）神經(jīng)元表現(xiàn)出逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotransposable element，簡稱RTE，一種能夠跳躍到基因組不同位置的小段DNA）異常的表達(dá)。研究人員在晚發(fā)性的阿爾茨海默病病人來源的神經(jīng)元里加入一種叫做lamivudine (3TC)的逆轉(zhuǎn)錄酶的抑制劑以后，發(fā)現(xiàn)該抑制劑可以減少了晚發(fā)性的阿爾茨海默病神經(jīng)元中與年齡相關(guān)的RTE失調(diào)，導(dǎo)致Aβ、tau蛋白、神經(jīng)元死亡和DNA損傷的有效減少。對(duì)RNA測序結(jié)果中對(duì)差異表達(dá)基因的分析也證明了與一些基因表達(dá)變化與炎癥反應(yīng)相關(guān)。有趣的事，lamivudine對(duì)于早發(fā)性、遺傳性阿爾茨海默病患者（ADAD）來源的神經(jīng)元的退化并沒有顯著效果。這證明了散發(fā)性、晚發(fā)性阿爾茨海默?。↙OAD）與對(duì)于早發(fā)性、遺傳性阿爾茨海默病（ADAD）在分子特征以及發(fā)病機(jī)理上是不同的。
總之：該研究結(jié)果證明了在3D環(huán)境中通過miRNAs誘導(dǎo)來源于晚發(fā)性阿爾茨海默病患者的皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)元，以及利用該神經(jīng)元細(xì)胞建模晚發(fā)性晚發(fā)性阿爾茨海默病的可行性和充分性。這些體外直接轉(zhuǎn)化培養(yǎng)的神經(jīng)元將為理解衰老是如何影響晚發(fā)性阿爾茨海默病患者神經(jīng)退化提供了一個(gè)很好的研究平臺(tái)。該平臺(tái)也會(huì)有助于開發(fā)能夠有效治療阿爾茨海默病的藥物和方法，并為理解該疾病的復(fù)雜機(jī)制提供了一個(gè)重要工具。
《科學(xué)》雜志的資深編輯Mattia Maroso博士說道：“這種利用直接重編程技術(shù)建模晚發(fā)性阿爾茨海默病的方法，有望幫助科學(xué)家們更好地理解晚發(fā)性阿爾茨海默病的復(fù)雜病理，并為這種目前無法治愈的疾病開發(fā)提供了有效的治療策略”。
圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院孫昭博士為第一作者，Andrew Yoo博士為通訊作者。
原文鏈接：science.org/doi/10.1126/science.adl2992