亨廷顿舞蹈症（HD）是一种罕见病，其特征是异常运动舞蹈症，是由亨廷顿基因（Htt）突变引起大脑纹状体区域的神经退行性病变所致。由前宾夕法尼亚州立大学教授，现担任中国暨南大学脑修复中心主任的陈功博士领导的研究小组开发了一种新型基因疗法，可在HD小鼠模型中再生新神经元来达到运动功能修复和生命延长。该研究成果已于2020年2月27日在《自然通讯》（Nature Communications， IF=11.878）上发表（https://www.nature.com/articles/s41467-020-14855-3）。
陈功博士说：“我们正在开发一系列基于神经转录因子NeuroD1的基因疗法，将脑内胶质细胞直接重编程为功能性的新神经元，用以治疗各种脑疾病，包括亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默症、帕金森综合症、脑中风、ALS等等。鉴于我们大脑中的每个神经元都被胶质细胞环绕，因此这种在脑内直接把胶质细胞原位转化为神经元的新型神经再生技术比外源性干细胞移植方法具有很大的优势，不仅神经再生的效率很高而且没有免疫排斥反应”。
陈功博士是利用大脑内源性胶质细胞通过表达神经转录因子来直接再生功能性新神经元的早期先驱者之一。早在2014年，陈功博士就在华盛顿神经科学年会上主持了世界上首个“In Vivo Reprogramming” （在体重编程）的专题报告会。陈功团队近年来陆续发表了一系列工作，在小鼠大脑中的星形胶质细胞里表达神经转录因子NeuroD1将其转化为功能性神经元（Guo et al，Cell Stem Cell，2014; Chen et al，Molecular Therapy，2019; Zhang et al，BioRxiv，2018）。NeuroD1（神经分化因子1）是在正常大脑发育过程中促进神经元分化的一种转录因子，它能够进入细胞核与DNA结合从而激活成百上千的神经元相关基因。最近，陈功团队还在世界上首次报道了在非人灵长类动物的大脑中成功实现这种将星形胶质细胞原位转化为神经元的新技术（Ge et al，BioRxiv，2019）。
陈功团队的前期工作发现，NeuroD1产生的神经元主要是谷氨酸能兴奋性神经元，这种神经元占人脑总神经元的80％以上，是大脑活动的主要驱动力。因此，理论上运用NeuroD1介导的基因疗法有可能治疗许许多多的大脑损伤与疾病。但是，HD恰恰是由另外一种GABA能抑制性神经元的病变引起的，这种GABA能神经元占病变脑区纹状体内神经元的90％以上。“所以，为了再生GABA能神经元，我们将NeuroD1与另一种转录因子Dlx2结合在一起，成功地将纹状体内星形胶质细胞转化为GABA能神经元，因为Dlx2是已知的在早期大脑发育时产生GABA能神经元的重要转录因子。这里值得一提的是，我们使用了腺相关病毒（AAV）载体来开发将来有可能用于治疗HD的新型基因疗法，因为AAV载体已经被美国FDA和欧洲EMA批准在许多临床试验中使用”，本文的第一作者吴政博士解释了为什么要用AAV基因疗法的初衷。
在这项亨廷顿舞蹈症小鼠模型的研究中，陈功博士及其同事报道了被NeuroD1和Dlx2 AAV感染的纹状体星形胶质细胞中有80％直接转化为GABA能神经元，而其他的星形胶质细胞能够分裂增殖从而补充自身，不会发生胶质细胞的缺失。新转化而来的神经元都具有电生理功能，并且能够与其他神经元形成功能性突触连接。他们进一步证明，新产生的神经元可以将它们的轴突投射到正确的目标区域，表明已经整合到了大脑神经环路之中。陈功博士说：“这项研究最令人兴奋的发现是在基因治疗后，HD小鼠不仅运动功能明显恢复，而且其寿命也显著延长。”
星形胶质细胞（绿色）环绕着新转化而来的神经元（红色）
陈功博士还把他们团队的这项新工作与其他传统的基因疗法作了比较：“我们的再生型基因疗法不同于传统的基因治疗，后者通常是运用基因编辑来修复基因突变或者减少突变基因的产物（例如减少HD患者的mHtt聚集体）。显然，如果在发病早期能够减少mHtt聚集体，就有可能会减缓疾病的进程，但对于晚期患者来说，我们的神经再生的新疗法将更有帮助。更加理想的方法可能是把我们的神经再生方法与基因编辑技术相结合，从而直接再生出健康的新神经元。”
本工作除陈功博士和吴政博士外，研究团队还包括宾夕法尼亚州立大学的Matthew Parry，侯晓逸，王辉，Rachel Cain，裴子菲，陈昱晨，郭梓园，Sambangi Abhijeet；以及暨南大学的刘敏慧。王辉是东南大学的访问学者。这项研究主要由宾夕法尼亚州立大学Charles H.“ Skip” Smith Endowment Fund支持，小部分由NIH提供。陈功博士是NeuExcell Therapeutics，Inc.（www.neuexcell.com）的联合创始人。
参考文献：
Wu et al., Nature Communications, 2020. Gene therapy conversion of striatal astrocytes into GABAergic neurons in mouse models of Huntington’s disease.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-14855-3
Chen et al., Molecular Therapy, 2019. A NeuroD1 AAV-Based Gene Therapy for Functional Brain Repair after Ischemic Injury through In Vivo Astrocyte-to-Neuron Conversion.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2019.09.003
Ge et al., BioRxiv, 2019. In Vivo Neuroregeneration to Treat Ischemic Stroke in Adult Non-Human Primate Brains through NeuroD1 AAV-based Gene Therapy.
DOI: https://doi.org/10.1101/816066
Zhang et al., BioRxiv, 2018. Reversing Glial Scar Back To Neural Tissue Through NeuroD1-Mediated Astrocyte-To-Neuron Conversion.
DOI: https://doi.org/10.1101/261438
Guo et al., Cell Stem Cell, 2014. In Vivo Direct Reprogramming of Reactive Glial Cells into Functional Neurons after Brain Injury and in an Alzheimer’s Disease Model.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2013.12.001
