论文被抢发依旧发表 Nature 封面，付向东团队新方法逆转帕金森病！

帕金森病（Parkinson's disease, PD）是对老人造成伤害第二大的神经退行性疾病，仅次于老年痴呆。在世界范围内，PD 每年造成上十万人死亡。

尽管我们已经知道造成 PD 的直接肇因是黑质致密部的多巴胺性神经元退化，也有一些类似于左旋多巴的药物能够帮助控制病人的症状，我们至今也没有能够阻止或者逆转 PD 患者神经进一步退化的方法。

2020 年 6 月 24 号，美国著名华裔科学家、就职于美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的付向东教授带领团队以封面文章的形式在当期的 Nature 上发表了题为 Reversing a model of Parkinson’s disease with in situ converted nigral neurons 的研究 ^[1]。

图片来源：Nature

该研究报道了一种通过操纵 PTB 基因使得细胞转分化为多巴胺性神经元的全新方法，为逆转帕金森病提供了新的契机。

研究内容：

PTB 转化神经元的理论基础

图片来源：Nature

在此前的研究中，付向东教授团队发现一个名为 PTB 的 RNA 结合蛋白和它在神经元中的类似物 nPTB 能够帮助成纤维细胞转分化为神经元细胞。在此基础上，他们选择了在神经系统中广泛存在星形胶质细胞为研究对象，探究 PTB 对星形胶质细胞产生影响。

在成纤维细胞中，PTB 的存在能够影响 miR-124 和 REST 来抑制神经发生。当 PTB 下调时，nPTB 的表达就会上升，以此抑制 BRN2 和 miR-9 并导致神经元无法成熟。通过一个定的顺序下调 PTB 和 nPTB，就能够使成纤维细胞转分化为功能性神经元。

对比星形胶质细胞、成纤维细胞和神经元后，作者发现星形胶质细胞与成纤维细胞的 PTB 调节回路非常相似，但星形胶质细胞的 nPTB 回路与神经元相似。所以作者假设，仅敲除 PTB 就足以让星形胶质细胞转变为神经元。

星形胶质细胞转分化为神经元

图片来源：Nature

在提出假设后，作者使用慢病毒稳定地敲低了星形胶质细胞中的 PTB。四周后，不出作者所料， 一半以上的星形胶质细胞表现出了神经元的形态学特性，以及神经元标记物 MAP2 以及 TUJ1。RNA 测序结果显示，在转化过程中，这些细胞的星形胶质细胞基因出现的明显的下调，而神经元基因则逐渐提高。与此同时，作者还观测到了自主性突触后事件，证明了神经传递的发生。

作者随后在小鼠中使用腺病毒相关载体 (AAV) 特异性敲低了小鼠大脑中的 PTB。随着时间的推移，大量位于黑质致密部 PTB 被敲低的星形胶质细胞转分化了神经元。这些数据表明仅敲低 PTB 能在在体内外一步到位将星形胶质细胞转化为神经元。

更令人惊讶的是，作者还发现这些由星形胶质细胞转化而来的神经元具有多巴胺神经元特性，证明敲低 PTB 能够促进多巴胺性神经元在中脑区域的成熟。

图片来源：Nature

有趣的是，尽管在中脑，纹状体和皮质中都观测到了星形胶质细胞转化为神经元的现象，但只有在中脑的新转化神经元表达多巴胺性神经元标记物 TH，这可能与不同脑区的星形胶质细胞存在的差别有关。

进一步研究后，作者还发现这种转化成功融入到了黑质 - 纹状体通路之中，并在两者之间建立了神经纤维的联系，这一点对多巴胺相关的神经信号传递至关重要。

转分化神经元改善 PD 症状

图片来源：Nature

在确定敲低 PTB 能够在体内实现多巴胺性神经元的产生后，作者开始探究这种方法的治疗潜力。他们在敲低 PTB 的小鼠中建立了 PD 模型。在用 6 - 羟基多巴（6-OHDA）损伤多巴胺性神经元后，作者发现，在敲低 PTB 的实验组中多巴胺性神经元的数量远远高于对照组。后续实验也表明，敲低 PTB 成功提高了 PD 小鼠中的多巴胺水平以及显著减少了 6-OHDA 造成的损伤。在刺激过后，敲低 PTB 后 PD 小鼠产生的多巴胺响应也远远高于对照组。

这些数据证明敲低 PTB 能够有效的恢复 PD 小鼠模型中的多巴胺性神经元损伤以及其导致的多巴胺功能的丧失。

图片来源：Nature

行为学实验再次证明了敲低 PTB 对 PD 小鼠运动损伤有显著的改善作用。化学遗传学实验排除了其他因素的影响，验证了上述所有的改善是由新形成的神经元所导致的。

图片来源：Nature

由于此前所有实验是使用基因疗法引入 shPTB 来实现的，其临床使用并未成熟，所以作者最后对 PTB 反义寡核苷酸（ASO）在人体用于治疗 PD 进行了概念性验证。研究团队成功筛选出了能够在体内有效敲低 PTB 的 ASO，并进一步证明该 ASO 能够在体内促进神经元的产生以及改善 PD 小鼠的症状，这些数据也为 PTB 的临床应用提供了概念性基础。

研究意义：

该研究报道的一步将星形胶质细胞转化多巴胺性神经元的方法令人惊叹，体内外实验设计的严密也足以证明这种方法在 PD 治疗中的巨大潜力。登上 Nature 封面也是其创新性和重大意义的体现。

尽管意义重大，PTB 敲低治疗 PD 的概念依旧有一些亟待解决的问题。包括人体老化后细胞重编程能力的降低，以及星形胶质细胞减少后对大脑的潜在影响依旧未知。

延伸阅读：

无独有偶，在该论文送审期间，来自中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的杨辉研究员在 Cell 上发表了一篇非常相似的研究。

图片来源：Cell

这篇题为 Glia-to-neuron conversion by CRISPR-CasRx alleviates symptoms of neurological disease in mice 于今年 4 月在 Cell 上刊登 ^[2]。介绍了他们使用 CRISPR-CasRx 技术敲低穆勒胶质细胞中的 PTB，并使其转化为视网膜神经节细胞的发现。与此同时，他们也发现通过这种方法能够产生多巴胺性神经元并缓解 PD 小鼠的运动失调症状。

两个组利用不同的技术敲低 PTB，得到了一致的结果几乎在同一时间分别发表在 Cell 和 Nature 上，进一步证明了这种思路是正确的。也希望在不久的将来，PTB 敲低相关的疗法能被应用于 PD 的临床治疗之中。