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Cell Stem Cell:利用人胚胎干细胞产生GABA能神经元或可治疗亨廷顿舞蹈症

来源:生物谷 2012-03-18 09:41


美国威斯康星大学麦迪逊分校神经科学家Su-Chun Zhang实验室利用人干细胞制造GABA能神经元。GABA能神经元是一种脑细胞,如果它们发生退化,则能够导致亨廷顿舞蹈症---这种疾病的典型特征就是病人运动感功能严重退化以及其他症状。Zhang和他的同事们证实在亨廷顿舞蹈症小鼠模式动物中观察到的严重性运动障碍能够通过移植实验室制造的GABA能神经元得到矫正。图片来自Su-Chun Zhang。

亨廷顿舞蹈症(Huntington's disease)是一种遗传性神经退行性疾病。它渐进性地剥夺病人的肌肉协调和认知能力,到目前为止还没有一种有效的治疗方法,因而等同于一种慢性死刑。

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根据2012年3月16日发表在《细胞-干细胞》的一项新研究,研究人员利用干细胞构建出一种特殊类型的脑细胞,从而可能有助于恢复肌肉协调缺陷,其中这种缺陷导致身体不受控制发生痉挛,而这也是亨廷顿舞蹈症的典型特征。

这项新研究表明患有类似亨廷顿舞蹈症的小鼠能够通过移植实验室制造的γ-氨基丁酸能神经元(GABA neuron,GABA能神经元)来恢复它们的运动能力。美国威斯康星大学麦迪逊分校神经科学家和论文通讯作者Su-Chun Zhang说,“这确实是意料之外的”。

Zhang非常善于利用人胚胎干细胞(ESC)或诱导性多功能干细胞(iPSC)制造不同类型脑细胞。在这项新研究中,他的研究团队集中研究GABA能神经元。在亨廷顿舞蹈症患者中,这种神经元发生退化,从而导致一种关键性神经通路发生破坏并使得他们丧失运动功能。Zhang解释道,GABA能神经元产生一种关键性的神经递质---这种化学物有助于支撑大脑中协调运动的通信网络。

在实验室中,来自威斯康星大学麦迪逊分校魏兹曼中心的Zhang和他的同事们知道如何利用人胚胎干细胞来制造大量GABA能神经元,而且他们也寻求在亨廷顿舞蹈症小鼠模式动物中测试这些神经元。Zhang注意到,这项研究的目标只是想观察一下这些细胞是否能够安全地整合进小鼠大脑。令他们吃惊的是,这些细胞不仅能够整合进大脑,而且也能够投射到合适的靶标并有效地重建大脑中遭到破坏的通信网络,从而让小鼠恢复运动功能。

Zhang解释道,这项研究的结果是令人吃惊的,因为GABA能神经元存在于大脑的基底核(basal ganglia),而已知基底核在随意运动协调(voluntary motor coordination)中发挥着关键性作用。不过GABA能神经元能够通过释放的神经递质激活神经通路而对位于远处的中脑细胞发挥影响。

“这种神经通路是运动协调所必需的”,Zhang说,“而且在亨廷顿舞蹈症患者中,它受到破坏。GABA能神经元通过这种通路在远处发挥它们的影响。它们作用的靶细胞距离较远。”

研究人员发现用于移植的细胞能够有效地重建这种神经通路,这确实是他们意料之外的:“在这个领域的很多人觉得成功的细胞移植是不可能实现的,因为它需要重建这种神经通路。但是我们证实GABA能神经元能够重建该通路,并产生合适的神经递质。”

这项新研究产生着重要影响,不仅是因为研究人员认为可能有朝一日利用细胞治疗来治疗亨廷顿舞蹈症,而且是因为这项研究提示着成年人大脑可能比人们之前所认为的更加具有可塑性。

Zhang注意到,神经科学家认为成年人大脑比较稳定,而且不容易受治疗的影响,其中这些治疗寻求矫正亨廷顿舞蹈症的根本病因,即遭到破坏的神经通路。一个疗法若要有效,它必须得到改造从而使得只有目标细胞受到影响。“大脑线路非常精确地连接在一起,因此如果一个神经元发生偏差的话,它可能导致混乱。”

Zhang强调尽管这项新研究是大有希望的,但是把小鼠模式动物研究延伸至病人将需要花费很多时间和大量努力。但是对于一种目前还没有有效治疗方法的疾病而言,这项研究可能让人们有望开发出治疗亨廷顿舞蹈症的方法。(生物谷:towersimper编译)

Human Embryonic Stem Cell-Derived GABA Neurons Correct Locomotion Deficits in Quinolinic Acid-Lesioned Mice

Lixiang Ma, Baoyang Hu, Yan Liu, Scott Christopher Vermilyea, Huisheng Liu, Lu Gao, Yan Sun, Xiaoqing Zhang, Su-Chun Zhang

Degeneration of medium spiny GABA neurons in the basal ganglia underlies motor dysfunction in Huntington's disease (HD), which presently lacks effective therapy. In this study, we have successfully directed human embryonic stem cells (hESCs) to enriched populations of DARPP32-expressing forebrain GABA neurons. Transplantation of these human forebrain GABA neurons and their progenitors, but not spinal GABA cells, into the striatum of quinolinic acid-lesioned mice results in generation of large populations of DARPP32+ GABA neurons, which project to the substantia nigra as well as receiving glutamatergic and dopaminergic inputs, corresponding to correction of motor deficits. This finding raises hopes for cell therapy for HD.

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