同济大学王红高绍荣 Biomaterials:同济大学高绍荣教授课题组发表神经退行性疾病研究成果
近日,国际生物材料学顶级期刊《Biomaterials》杂志上在线发表了同济大学生命科学与技术学院高绍荣课题组和北京生命科学研究所的陈良研究组合作的题为"Direct induction of neural progenitor cells transiently passes through a partially reprogrammed state"的研究论文。
高绍荣教授课题组的博士生高睿和张勇教授课题组的博士生修文超为本文的共同第一作者,高绍荣教授,陈嘉瑜助理教授以及北京生命科学研究所的陈良研究员为本文的共同通讯作者。
神经退行性疾病是大脑或脊髓的神经细胞的结构和功能丧失导致的神经疾病,此类疾病对人类特别是老年人的健康构成了巨大的威胁。过去的临床研究中,人们试图通过化学药物治疗这些疾病,但都没有取得好的效果。然而,近年来生成可以替代受损组织的细胞的再生医学手段,为这些疾病的治疗带来了曙光。
因此,神经前体细胞在再生医学和基础研究领域都具有巨大的应用潜力。目前体外获得神经前体细胞的方法主要有两种。一种是通过诱导多能干细胞(iPS)技术是将体细胞转变为胚胎干细胞样的状态,进而分化产生神经前体细胞。
另外一种是细胞转分化技术,可将体细胞在一些谱系特异性转录因子或者小分子化合物的作用下,直接转变产生神经前体细胞。尽管诱导多能干细胞技术和转分化技术为细胞治疗带来了前所未有的曙光,但是这两种方法也都有自己的局限之处。
一方面,借助于逆转录病毒、慢病毒等方法,外源病毒基因序列会插入正常细胞的基因组内,引起基因组的不稳定并且具有潜在致瘤风险。另一方面,小分子化合物介导的细胞转分化具有操作相对复杂、花费时间较长及机制不明确等问题。
在本项研究中,研究人员提供了一种以生长因子为基础的细胞转分化手段,体外从哺乳动物体细胞诱导获得有功能的神经前体细胞。该方法通过利用特定生长因子来调控细胞上下游的信号通路,经过3-4周时间,实现了安全、非整合型的、高效的细胞转分化方法,成功在体外诱导生成神经前体细胞。
这种生长因子诱导生成的神经前体细胞与小鼠脑内新生的神经前体细胞相比,无论是在转录调控网络上,还是体内外的分化潜力上都十分相似。相比于现有的诱导神经前体细胞的方法,本方法一方面规避了传统病毒介导的诱导方法的外源基因插入,免疫原性;又通过使用生长因子降低了潜在的致瘤性;另一方面,又极大改善了已有的小分子化合物诱导方法中存在的效率偏低的问题。
研究人员进一步利用高通量测序技术发现这种生长因子诱导生成神经前体细胞是一个渐进变化的过程,包括起始状态,中间状态,成熟状态以及稳定状态。相应的基因调控网络在这两个过程中均由体细胞特异性的调控网络向神经前体细胞特异性的调控网络靠拢。
更为重要的是,无论是在这种生长因子诱导生成神经前体细胞的方法,还是此前我校裴钢教授课题组发表的小分子化合物诱导生成神经前体细胞的方法,均在细胞命运转变过程中会经历一个短暂的"部分重编程"的状态。
在这个状态下,三胚层特异性的基因以及与多能性相关的基因处于激活状态,相应的表观遗传修饰也部分建立起来。由此可见,这类非整合型的直接诱导生成神经前体细胞的策略仍然存在潜在的安全问题。在未来的应用研究中,思考如何在获得的功能细胞中,排除这种部分重编程的细胞,具有十分重要的意义。
