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帕金森病,大家并不陌生。從神經(jīng)科學的角度來說,帕金森病本質(zhì)上是人腦中某個區(qū)域的多巴胺神經(jīng)元大量特異性死亡,這些神經(jīng)元平時負責傳遞運動信號,它們一旦死掉太多,來自大腦的運動指令便難以下達給機體,于是病人便會出現(xiàn)各種運動障礙與失調(diào)的癥狀。
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圖片來源:veer圖庫
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類似這樣因為神經(jīng)元死亡而產(chǎn)生的疾病被稱為“神經(jīng)退行性疾病”。
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然而尷尬的是,我們的神經(jīng)細胞卻偏偏不可再生,死一個少一個,因此對于諸如帕金森病這樣的疾病,傳統(tǒng)療法大多只能通過各種手段減緩神經(jīng)元死亡的速度,對于已經(jīng)逝去的神經(jīng)細胞則無力回天,可謂治標不治本。
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那如果非要治本行不行呢?
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別說,還真有辦法,通俗點講就是讓別的細胞轉職再就業(yè),變成神經(jīng)元細胞。
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隨著醫(yī)學技術的進步,人們發(fā)現(xiàn)只要適當調(diào)控某些基因,就能讓細胞出現(xiàn)所謂的轉分化現(xiàn)象,也就是從一種細胞變成另一種細胞。比如說降低Ptbp1基因,就能在體外將其他類型細胞轉換成神經(jīng)元。
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誒,這不就齊活了么,人類大腦中膠質(zhì)細胞的數(shù)量在神經(jīng)細胞的十倍以上,而且還能不斷產(chǎn)生新的,根本就是取之不盡用之不竭。如果將人腦中的膠質(zhì)細胞變成多巴胺神經(jīng)元,豈不是正好可以頂替帕金森病患者腦中死去的神經(jīng)元,不就能達到治病的效果了么。
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?圖片來源:veer圖庫?
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然而理想很豐滿,現(xiàn)實很骨感。對細胞來說,基因表達是個非常敏感的事情,多一點少一點都會有問題,而傳統(tǒng)調(diào)控基因表達的方法往往過于生猛,經(jīng)常會矯枉過正,帶來難以預料的副作用。更麻煩的是,傳統(tǒng)方法一般只能在細胞培養(yǎng)皿里面實現(xiàn)對特異類型神經(jīng)元的轉分化。
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因此如何在體內(nèi)安全地實現(xiàn)神經(jīng)元的轉分化來治療不同的神經(jīng)退行性疾病就成了臨床上迫切需要解決的問題。
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而這一切在2020年4月8日有了答案?!都毎菲诳诰€發(fā)表了題為《通過CRISPR-CasRx介導的膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元的轉分化治療神經(jīng)性疾病》的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學研究所)、上海腦科學與類腦研究中心、神經(jīng)科學國家重點實驗室楊輝研究員以及博士后周海波領導完成。
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研究團隊(圖片來源:作者提供)
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在前幾年,這個團隊就設計了一套基于改造版CRISPR/Cas9的基因激活系統(tǒng)。傳統(tǒng)上,CRISPR/Cas9是一種用來實現(xiàn)靶向切割制定DNA序列的系統(tǒng),不過研究團隊將這個系統(tǒng)中的一部分氨基酸序列做了修改,使之只能精確靶向但不能切割,同時還給它加了一套可以激活基因的外掛,于是,它搖身一變成了能夠精確激活指定基因表達的系統(tǒng)。
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這套系統(tǒng)的好處還在于,它比任何傳統(tǒng)的提高基因表達的工具都更加“溫柔”,只會對內(nèi)部存在的基因進行調(diào)控,而且一旦細胞轉分化完成,便會逐漸功成身退,深藏功與名,不再給這個細胞惹麻煩。單此一項就大大降低了細胞轉分化的臨床風險。
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除此以外,研究團隊還把這套系統(tǒng)裝載進了一個叫做腺相關病毒(AAV)的載體當中,這些病毒就像是專門為細胞設計的快遞盒,可以把這個基因調(diào)控系統(tǒng)精確無誤地遞送到制定的細胞當中,包括活體動物體內(nèi)的細胞,這樣就解決了傳統(tǒng)技術只能在培養(yǎng)皿中紙上談兵的問題。
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基因編輯(圖片來源:作者提供)
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這一次,該研究團隊利用了一套稱為CRISPR-CasRx的系統(tǒng),并設計了一套可以專門降低膠質(zhì)細胞中Ptbp1表達的工具包。他們首先將這套系統(tǒng)用于治療視神經(jīng)節(jié)死亡的小鼠,這些小鼠由于眼中的視神經(jīng)節(jié)細胞死亡,因此來自眼睛的視覺信號難以傳遞給大腦,只能成為睜眼瞎。
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而在給小鼠眼內(nèi)注射這套系統(tǒng)后大約一個月,研究者就在視網(wǎng)膜視神經(jīng)節(jié)細胞層發(fā)現(xiàn)了由穆勒膠質(zhì)細胞轉化而來的不同種類的視神經(jīng)節(jié)細胞,并且轉化而來的視神經(jīng)節(jié)細胞可以像正常的細胞那樣對光刺激產(chǎn)生反應,瞎掉的小鼠也因此恢復了光明。
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在小鼠的視網(wǎng)膜上,紅色圓形的細胞是再生出的視神經(jīng)節(jié)細胞,可以看到一條一條的紅線匯集到眼睛中間的視盤(左下黑洞區(qū)域),這是再生出的視神經(jīng)節(jié)細胞發(fā)出的軸突,它們將通過視盤傳到視神經(jīng),然后再到大腦研究團隊(圖片來源:作者提供)
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視神經(jīng)部位是連接眼睛和大腦的橋梁。每一條紅色的線是每一個再生出來的視神經(jīng)節(jié)細胞發(fā)出的軸突,通過這里,這些新生軸突將會與大腦中處理視覺信號的區(qū)域正確相連研究團隊(圖片來源:作者提供)
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于是研究團隊再接再厲,又對患有帕金森病的小鼠測試了這項療法。他們將帶有定向抑制Ptbp1系統(tǒng)的AAV注射進小鼠的紋狀體(多巴胺神經(jīng)元就是把多巴胺釋放到這個部位發(fā)揮運動控制等功能的,而帕金森病患者正是因為多巴胺神經(jīng)元死亡而患病的)后,果然檢測到這個區(qū)域的一部分星形膠質(zhì)細胞轉化成了多巴胺神經(jīng)元,而小鼠也逐漸恢復了比較正常的運動能力。
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或許今后,面對神經(jīng)退行性疾病,我們可以標本兼治了吧。
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