移植多巴胺能神经元干细胞来源的前体细胞可用于治疗帕金森病（Parkinson' s disease，PD），但这种方法有其局限性。而移植三周后注射生长因子可以克服这些限制。

通过替换帕金森病中死亡的神经元来修复大脑一直是研究人员长期以来的梦想。在过去几十年里，人们提出了多种类型的候选细胞来替代死亡神经元，其中包括来自人体胎儿的中脑细胞。但是现在焦点已经转向了多能干细胞，它可以产生几乎任何类型的细胞。从这些干细胞中提取特异性神经元祖细胞的移植已接近临床试验，但仍存在一些问题，包括存活率低和移植神经元的功能不理想。

帕金森病是由大脑黑质大量神经元的退化引起的，这些神经元投射到纹状体，在纹状体释放神经递质分子多巴胺。在未成熟的大脑中，大量的生长因子参与这些多巴胺能神经元的发育，但这些因子在成年大脑中要么缺乏要么表达量较低。因此，在成人大脑中引入生长因子可能是一种提高细胞移植成功率的方法。

研究者开始研究使用其中一种因子——胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）的可能性。这种方法有着悠久的历史。几项临床研究分析了GDNF对大脑的治疗是否能改善帕金森病患者的视力。研究表明，GDNF可以增强胎儿多巴胺能神经元移植物的存活和功能。

研究者使用了一种叫做人类胚胎干细胞的多能干细胞。当细胞表达中脑多巴胺能神经元特有的蛋白（PITX3）或多巴胺能神经元祖细胞特有的蛋白（LMX1A）时，它们就会使细胞发出荧光。这种方法使得研究人员能够在体外和脑移植中轻松地量化多巴胺能神经元和前体的数量。在将干细胞移植到中脑缺乏多巴胺能神经元的小鼠或大鼠的大脑中之前，研究小组使用一种既定方法在体外将干细胞转化为多巴胺能神经元祖细胞。然后，他们评估了GDNF（在病毒载体中注射到纹状体中）如何影响移植的多巴胺能神经元的存活以及它们在啮齿动物大脑中的整合。

研究者在移植前1周或移植后3周给予GDNF，选择这些时间点来捕捉GDNF对移植细胞初始存活或后期神经元成熟和融合的影响。他们发现，GDNF在两个时间点都增加了神经元的存活，尽管在移植前注射的效果更明显。然而，一些证据表明，只有延迟注射GDNF才能改善大脑功能整合，导致纹状体中神经元纤维密度增加，移植神经元和宿主神经元之间的突触连接增加，以及运动协调性改善。

因此，这项工作证明，如果这种治疗是有益的，那么理解在多巴胺能神经元发育的每个阶段GDNF作用的生物学是至关重要的。这也表明，GDNF治疗可用于改善下一波基于干细胞的神经元移植。GDNF在人体内注射的最佳时间可能具有可比性，因为当移植到小鼠、大鼠或灵长类动物的大脑中，移植的人类神经元的存活和成熟时间非常相似。

除了神经元整合的问题，目前干细胞分化方法会导致混合细胞群，其中只有相对较低比例的移植细胞变成多巴胺能神经元。例如，有研究者将未分类的多巴胺能神经元前体移植到啮齿动物体内六个月后，即使在GDNF存在的情况下，移植物中也只有不到1%的细胞是多巴胺能神经元。作者利用它们的细胞携带荧光报告物来解决这一问题，在移植前纯化细胞，并且只移植表达LMX1A的细胞。这种方法极大地提高了移植物中多巴胺能神经元的百分比，在六个月后达到了总细胞的10%。

研究指出了提高移植效率的方法，然而也突出了需要克服的其他问题。例如，在未分类的移植物中，GDNF治疗增加了整体细胞数量（因此增加了不想要的细胞类型的数量），这突出表明仅改善细胞存活是不够的。作者使用的基于荧光的分类方法在临床中会面临相当大的挑战。然而，基于药物或磁性分选策略可能是合适的选择。此外，证明移植和持续表达GDNF的长期安全性是很重要的。

特别是对于帕金森病，通过基因工程使细胞表达低于正常水平的与疾病相关的α-突触核蛋白是值得关注的，因为这种方法可以防止疾病向移植物中扩散。最后，遗传控制移植物活性或与宿主细胞连接的方法，可以帮助根据病人的个人需要调整移植物的功能，因为病人的病情可能会随着时间发生变化。

多能干细胞基因工程的日益兴盛为再生医学提供了一个令人兴奋的机会，即能够根据需要产生表达任何治疗性基因产品的任何细胞类型。然而，要利用这种技术，最重要的是要了解再生生物学。从另一个角度来看，像GDNF这样的分子是一个及时的进展，它可以给神经移植物一些更多的帮助，提高治疗成功率。（编译：李伟）

参考文献：Nature 2020;582:39-40