星形胶质细胞是非神经元性脑细胞，表达一种叫做PTB的蛋白质。在帕金森病小鼠模型中，PTB缺失释放了星形胶质细胞转化为神经元的潜能。

如何替换帕金森病中脑黑质区退化的神经元？一种令人兴奋的可能性是将大脑中大量存在的被称为星形胶质细胞的非神经元细胞转化为神经元。

最近，加州大学圣地亚哥分校钱浩博士等人报告了一种简单的策略，利用这种可能性可以改善帕金森病小鼠模型的神经功能缺陷。另外，中科院脑智卓越中心周海波博士等人最近在《细胞》杂志上发表的相似研究，为我们利用细胞转化策略治疗神经退行性疾病带来了巨大希望。

细胞类型，如皮肤细胞或星形胶质细胞，可以通过转录因子、微小RNA或小分子的强制表达在体外转化为其他细胞类型，包括产生神经递质分子多巴胺的神经元。这些神经元在帕金森病中丧失。这种方法也被用来在体内将鼠脑星形胶质细胞转化为神经元。例如，大脑纹状体中的星形胶质细胞已经转化为诱导多巴胺释放（induced dopamine-releasing，iDA）神经元，可以部分矫正帕金森病小鼠模型中的运动缺陷。然而，使用这种方法产生的iDA神经元既不能形成健康大脑中发现的远距离神经元连接，也不能完全恢复运动行为。钱等人和周等人使用了另一种策略来有效地将星形胶质细胞重新编程为神经元：消耗在星形胶质细胞中表达并且抑制神经元分化的称为PTB的RNA结合蛋白。

 钱等人首先在体外实验，使用从小鼠大脑皮层和中脑以及人类大脑皮层分离出来的星形胶质细胞。作者使用了一种叫做小发夹RNA的RNA分子，促进编码PTB和Ptbp1基因的信使RNA降解。这触发了三种星形胶质细胞都转化为神经元。周等人利用CRISPR-CasRx基因组编辑技术，在小鼠皮质分离的星形胶质细胞中耗尽Ptbp1 mRNA，也取得了同样的效果。

接下来，两组研究人员在成年小鼠的体内耗尽了PTB。钱和他的同事们利用基因工程改造老鼠，这样星形胶质细胞就可以被小发夹RNA靶向来对抗Ptbp1，而Ptbp1是以病毒的形式进入大脑的。相比之下，周等人用一种携带CRISPR-CasRx机制的病毒感染野生型小鼠的星形胶质细胞。这两种策略都导致了靶向星形胶质细胞转变为神经元细胞。

接下来，两个研究组在帕金森病小鼠模型中耗尽PTB。在这些动物身上，就像帕金森病患者一样，黑质中的多巴胺释放神经元被耗尽，纹状体（这些神经元投射的区域）中的多巴胺水平异常低，导致运动行为缺陷。钱等人在动物的脑部黑质中的星形胶质细胞中耗尽PTB；周等人的方法是在脑部纹状体进行了相同的实验。这两种方法都产生了相同的结果：将一些受感染的星形胶质细胞转化为类似于在帕金森病中失去的神经元，并恢复了患者的运动行为。

这两组研究表明，PTB缺失会导致星形胶质细胞转变为神经元细胞，而这些神经元细胞很大程度上与它们所在的大脑区域相适应。这种特性是如何传达的？钱等发现中脑星形胶质细胞表达低水平的转录因子Lmx1a和Foxa2；这些转录因子在中脑发育过程中多巴胺释放神经元的祖细胞中表达，是这些祖细胞成熟为神经元所必需的。PTB缺失进一步增加了这些因子在中脑星形胶质细胞中的表达。相比之下，在皮质星形胶质细胞中，该治疗导致了与皮质神经元相关的转录因子，如Ctip2和Cux的水平升高。此外，黑质或邻近的腹侧被盖区星形胶质细胞的重编程产生不同亚型的iDA神经元，表达亚型特异性的转录因子和蛋白质：黑质Sox6和Aldh1a1，腹侧被盖区Otx2。

钱和他的同事的研究结果表明，大脑区域特定的转录因子有助于星形胶质细胞向iDA的转化。然而，鉴于纹状体星形胶质细胞表达不同的区域特异性转录因子，这一机制并不能解释周等人为何能够将纹状体星形胶质细胞转化为iDA神经元。在纹状体中导致星形胶质细胞向iDA转换的机制是什么？

周和他的同事在帕金森病小鼠模型中发现，治疗一个月后，实验组小鼠多巴胺能神经元转化效率比对照组小鼠几乎提高了三倍。这些结果表明，星形胶质细胞本身或其环境中的细胞通过表达促进星形胶质细胞向多巴胺能神经元转化的因子来对内源性释放多巴胺神经元的缺失做出反应。钱等人发现小鼠中脑的转化效率高于分离的中脑星形胶质细胞，表明局部脑源性因子在多巴胺能神经元转化中的作用。识别局部和损伤或疾病特异性的因素，是进一步提高星形胶质细胞到神经元转换效率的关键。

从这些研究中产生的一个有趣的问题是为什么星形胶质细胞不断地抑制神经元基因？一种解释可能是细胞的发育起源。星形胶质细胞和神经元有共同的祖先，称为放射状胶质祖细胞－干细胞样细胞，这些细胞首先生成神经元，然后分化为星形胶质细胞和其他支持神经的胶质细胞。在小鼠中脑发育中，所有类型的放射神经胶质细胞都表达Ptbp1，而分化的神经元前体和神经元则不表达。也许作为放射状神经胶质后代的中脑星形胶质细胞遗传了一个程序来产生休眠神经元，除非PTB耗尽（图1）。Ptbp1也表示在其他中脑细胞，包括血管内皮细胞和周细胞、室管膜细胞和称为小胶质细胞的免疫细胞。在帕金森病动物模型中，未来的研究应该检验PTB缺失是否也能将这些细胞转化为多巴胺能神经元。

这一策略要想在临床中应用，其效率还有待提高。例如，60%～65%受感染的星形胶质细胞不会转化成多巴胺能神经元。这一比例必须降低，要么通过对黑质星形胶质细胞更集中的定位，要么通过引入能使非黑质星形胶质细胞转化为多巴胺能神经元的因子。在单细胞水平上确定转化的iDA细胞的质量和真实性，以及研究是否产生了不需要的细胞也很重要。钱等人和周等人提供了星形胶质细胞转化为多巴胺能神经元细胞之外的其他神经元类型的证据。此外，钱等人的研究表明，转化的多巴胺能神经元主要投射到中隔，而不是纹状体，投射到中隔的纤维只有8%来自多巴胺能神经元。然而，值得肯定的是，超过一半的纤维到达纹状体是由多巴胺能神经元贡献的。这一发现，再加上转化过程中恢复了纹状体多巴胺水平和动物运动活性，为iDA神经元对黑质纹状体通路的显著功能重建提供了证据。

在最后一组实验中，钱等人探索了他们的方法在临床中应用：使用一种叫做反义寡核苷酸的短核酸，这种核酸与mRNA结合并阻止其转化为蛋白质。研究表明，在帕金森病小鼠模型中，PTB反义寡核苷酸的局部瞬时传递，导致帕金森病小鼠模型中iDA样神经元的产生和运动恢复，证明了该方法的有效性。

未来的实验需要检验人类中脑或纹状体星形胶质细胞是否也可以转化为多巴胺能神经元，以及转化的细胞是否正确且能长期稳定。PTB消耗的安全性和用于治疗的策略也必须仔细评估，以排除对旁观者宿主脑细胞或转化细胞的任何间接损害，或因该策略耗尽星形胶质细胞而造成的任何损害。虽然还有许多问题有待解答，但这种细胞替代的基因治疗方法的简单性和有效性使其非常具有吸引力。目前的研究有望为帕金森病等神经系统疾病再生医学的发展开辟新的篇章。（编译：李伟）

参考文献：Nature 2020;582;489-490