Nature：破解神经元的内部时钟，有助于加速对神经系统疾病的研究

构成我们大脑和神经系统的神经元要经过数月才能慢慢成熟。虽然从进化的角度来看这可能是有益的，但是这种缓慢的成熟速度使得在实验室中培育细胞以研究神经退行性疾病和神经发育疾病（比如帕金森病、阿尔茨海默病和自闭症）变得相当具有挑战性。

目前，利用人类多能干细胞获得神经细胞需要几个月的时间才能在实验室中达到类似成年的状态——这与人类大脑发育的缓慢速度如出一辙。

在一项新的研究中，来自美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心（MSK）等研究机构的研究人员发现了一种“破解”细胞内部时钟的方法，可以加快这一过程。这一成果揭示了细胞的发育时间表是如何受到调控的。相关研究结果于2024年1月31日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“An epigenetic barrier sets the timing of human neuronal maturation”。

论文共同通讯作者、纪念斯隆-凯特琳癌症中心干细胞生物学中心主任Lorenz Studer博士说，“神经细胞发育的这种缓慢速度与人类独特而复杂的认知能力有关。以前的研究已表明，细胞内存在一种‘时钟’，它设定了我们神经元的发育速度，但在此之前，它的生物学性质在很大程度上仍不为人所知。”

对神经细胞发育的新见解

在论文第一作者兼论文共同通讯作者Gabriele Ciceri博士的领导下，这些作者在产生神经细胞的干细胞中发现了一种表观遗传“屏障”。这一表观遗传屏障在这种发育过程中起着制动作用，决定着神经细胞成熟的速度。他们指出，通过抑制这一屏障，他们能够加快神经元的发育。

Ciceri博士说，“在研究小鼠的大脑发育时，我被神经元如何按照非常精确的时间表通过一系列步骤发育所震撼。但是这种时间表给对人类神经元的研究工作带来了巨大的实际挑战——在小鼠体内需要数小时或数天的时间，在人类细胞中却需要数周或数月。”

此外，这些作者还发现，在神经干细胞分化成不同类型的神经元之前，这种设定速率的表观遗传屏障就已经在神经干细胞中形成。他们还发现，与小鼠神经元相比，人类神经元的表观遗传屏障水平更高，这可能有助于解释不同物种细胞成熟速度的差异。

发现基础生物学特性

在癌症中心取得这样的发现并不像乍看起来那么令人惊讶。Studer实验室长期以来一直专注于利用干细胞生物学的进步，开发治疗退行性疾病和癌症的新疗法，这两种疾病都与衰老密切相关。

纪念斯隆-凯特琳癌症中心首席科学官Joan Massagué博士说，“近年来癌症治疗领域取得的所有重大进展——免疫检查点抑制剂疗法、CAR-T 细胞疗法、癌症疫苗都源于基础研究。有时，一项特定发现的医学意义可能需要数年时间才能变得清晰。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Gabriele Ciceri et al. An epigenetic barrier sets the timing of human neuronal maturation. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-023-06984-8.

Researchers hack neurons' internal clocks to accelerate the study of neurological diseases
https://medicalxpress.com/news/2024-01-hack-neurons-internal-clocks-neurological.html