迄今为止，在损伤后的人类大脑里再生功能性新神经元从而修复大脑一直是一个长期悬而未决的世界性难题。许多重大脑疾病如脑中风和阿尔茨海默氏病等都因为缺乏有效的神经再生手段而难以治愈。暨南大学（广州）陈功教授领导的研究团队于10月9日在《Neural Regeneration Research》上发表论文，提供确凿的证据，通过谱系追踪法证实了大脑内源性星形胶质细胞可以原位直接转化为神经元。这项运用大脑内源性星形胶质细胞（一种支持神经元的细胞）直接转化为新神经元的技术是革命性的新型大脑修复技术，有望使全球千千万万的大脑疾病患者受益。
人脑有两种主要类型的细胞：神经元和胶质细胞。神经元不能分裂，因此不具有自我再生能力，但是胶质细胞可以分裂并自我再生。陈功教授的团队以前通过一系列工作，特别是基于一种神经转录因子NeuroD1的基因疗法，成功地将大脑内源性胶质细胞直接转化为功能性神经元。其他许多实验室也先后在大脑，脊髓和视网膜中证实了这种直接的胶质细胞向神经元的转化。但是，再生医学领域内和领域外的一些人仍然对胶质细胞原位转化为神经元这项新技术存有疑虑，希望看到更多的证据来支持这种开创性的发现。
在这篇新发表的工作中，陈功教授的团队采用了转基因报告小鼠来忠实地追踪星形胶质细胞谱系，从而在成年小鼠的大脑皮层里明确无误地证明了新生神经元可以追溯到原有标记的星形胶质细胞。第一作者项宗勤博士后介绍说：“我们先将Aldh11l-CreERT2小鼠与Ai14小鼠杂交，并使用他莫昔芬诱导Cre介导的基因重组，从而通过红色荧光蛋白tdTomato来永久性标记并追踪星形胶质细胞。” 共同第一作者徐亮博士生补充说： “然后，我们将可以在星形胶质细胞里表达神经转录因子NeuroD1的腺相关病毒颗粒（AAV）注射到已经标记了星形胶质细胞的小鼠皮层里，并在病毒感染后第7天在tdTomato标记的星形胶质细胞中检测到NeuroD1的清晰表达。” 陈功教授接着说：“最令人兴奋的是，在NeuroD1感染了135天后（实验被COVID-19延迟了），我们发现原来许多表达NeuroD1的tdTomato标记的星形胶质细胞现在已经成功地转变为具有典型神经元形态的NeuN阳性的神经元了。该项谱系追踪实验无可辩驳地证明了大脑内源性星形胶质细胞可以直接转化为神经元。”
谱系追踪星形胶质细胞转化而来的神经元
除了AAV病毒系统，陈功教授团队还采用了另一种病毒系统，即逆转录病毒系统，以进一步证明这种直接的胶质细胞向神经元的转化过程。该文的共同通讯作者雷文亮教授说 “虽然AAV具有低免疫原性的优势，并且作为治疗神经系统疾病的基因治疗载体相对安全，但如果使用过高的AAV病毒剂量或者不合适的启动子，就有可能会得到难以理解的混乱数据。因此，我们通过逆转录病毒载体只在分裂型的胶质细胞中特异表达NeuroD1，从而进一步证实了新产生的神经元是从分裂型胶质细胞转化而来。”
在展示了两种不同病毒系统均明确证实星形胶质细胞直接转化为神经元之后，陈功教授团队继续解决了领域内一些因为实验设计不当或者使用过高的AAV剂量而造成的一些混乱问题。该研究的另一位共同通讯作者李雯教授说：“最近的一项研究挑战了胶质细胞原位转化为神经元的这个新领域，但我们发现那是因为他们使用了过高剂量的AAV在小鼠皮层中产生了实验假象。我们的实验证明，当使用合适剂量的AAV时，这种假象不复存在。”
鉴于有些实验人员实验设计不够严谨，作为这个新兴领域的领导者，陈功教授也在文章的讨论部分对于该领域提供了颇有见地的评论：“我们建议研究人员在研究胶质细胞转化为神经元时，一定要使用不同的病毒系统和不同的病毒剂量，并且进行体外和体内的双重试验来证明或者反驳任何一个假设。我们这项谱系追踪的研究为大脑原位神经再生技术再次提供了无可争议的证据，相信这项激动人心的大脑修复技术将为解决重大脑疾病提供前所未有的机会。”
为这项工作做出贡献的作者包括暨南大学的项宗勤博士，徐亮先生，刘敏慧女士，王青松博士，李雯博士，雷文亮博士，和 陈功博士。
原文链接：Xiang Z, Xu L, Liu M, Wang Q, Li W, Lei W, Chen G. Lineage tracing of direct astrocyte-to-neuron conversion in the mouse cortex. Neural Regen Res 2021;16:750-6.
Available from: http://www.nrronline.org/text.asp?2021/16/4/750/295925
