細胞治療是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病最具前景的治療手段之一。80-90年代，歐洲和美國進行了一系列針對帕金森病（PD）細胞移植治療的臨床研究。PD主要是由于中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元發(fā)生退行性變和丟失造成的運動功能障礙，通過移植流產(chǎn)胎兒中腦腹側(cè)的神經(jīng)前體細胞到病人的紋狀體，部分病人的運動功能可以得到一定程度的恢復，移植的神經(jīng)前體細胞在成年腦內(nèi)部分可以分化成多巴胺能神經(jīng)元，并釋放多巴胺，這些臨床研究證明了細胞移植在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的巨大潛能。人多能干細胞 (hPSCs)，包括人胚胎干細胞 (hESCs) 和人誘導性多能干細胞（hiPSCs）的應用，進一步拓展 了細胞治療的應用前景。通過定向分化，人多能干細胞可以生成包括神經(jīng)元在內(nèi)的多種類型的細胞，為細胞治療的臨床應用提供了大量的可再生的資源。在以疾病動物模型為基礎(chǔ)的細胞治療研究中，移植的人多能干細胞來源的神經(jīng)細胞可以改善，包括亨廷頓舞蹈癥，帕金森病，脊髓損傷，和癲癇等在內(nèi)的多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的行為學表型。我們實驗室主要研究成年腦內(nèi)細胞移植治療的機理和發(fā)展新的針對神經(jīng)退行性疾病細胞移植治療的策略。?
目前主要研究方向??
1、成年腦內(nèi)細胞治療的機制
在神經(jīng)系統(tǒng)疾病細胞治療中，外源移植的神經(jīng)細胞要完全替代內(nèi)源丟失的或功能異常的神經(jīng)細胞的功能需要經(jīng)歷三個階段：首先，移植的神經(jīng)前體細胞在腦內(nèi)要存活并分化成特定類型的神經(jīng)元；其次，神經(jīng)元長出軸突，在成熟腦環(huán)境中延伸，找到正確的宿主靶細胞，并建立突觸聯(lián)系；最后，移植的神經(jīng)元需要接受上游信號的調(diào)控，與上游宿主神經(jīng)元建立突觸聯(lián)系。在經(jīng)歷了這些復雜的過程之后，外源移植的神經(jīng)細胞才最終可以整合入宿主的神經(jīng)環(huán)路，替代已丟失或功能異常神經(jīng)細胞的功能，達到理想的治療效果。然而，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)源特異性神經(jīng)投射和突觸聯(lián)系是在發(fā)育過程中逐步形成的，這一過程涉及很多復雜的分子機制，包括各種有吸引或排斥功能的軸突導向分子，細胞-細胞相互作用 ，放射狀膠質(zhì)細胞的引導等等。在成熟腦內(nèi)，這些分子機制大部分都減弱或消失了，僅有很少的一部分軸突導向分子在有限的幾個腦區(qū)中表達。因此，在干細胞移植領(lǐng)域，現(xiàn)在仍然不清楚成年腦內(nèi)移植的神經(jīng)干細胞（或前體細胞）的軸突投射以及移植細胞和宿主細胞突觸連接的形成是否具有特異性？如果有，其遵循的原則和機制是什么？我們將綜合運用人多能干細胞定向分化技術(shù)，CRISPR/Cas9介導的基因編輯技術(shù)，細胞移植，免疫組化，病毒介導的逆行和順行跨突觸示蹤以及功能磁共振技術(shù)，研究成年腦內(nèi)移植細胞軸突導向和突觸連接形成的原則和機制。
2、發(fā)展新的針對神經(jīng)退行性疾病細胞移植治療的策略??
在已報道的PD細胞治療模型中，人多能干細胞來源的中腦多巴胺能神經(jīng)元在體內(nèi)的分化效率一般在5%到60%之間，其他細胞包括GABA能神經(jīng)元，五羥色胺能神經(jīng)元，星形膠質(zhì)細胞以及其他未知的細胞類型。移植的多巴胺能神經(jīng)元至少包含兩種亞型，黑質(zhì)致密部來源（A9）的多巴胺能神經(jīng)元和腹側(cè)被蓋區(qū)來源的（A10）多巴胺能神經(jīng)元。這些非多巴胺能神經(jīng)元是潛在細胞治療副作用的來源。在以流產(chǎn)胎兒中腦組織為細胞來源的PD細胞治療臨床實驗中，一部分病人會產(chǎn)生很嚴重的副作用，被稱為移植物誘導的運動失調(diào)。移植組織中混雜的五羥色胺能神經(jīng)元被認為是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因。現(xiàn)在仍然不清楚不同亞型的多巴胺能神經(jīng)元在PD細胞治療的作用是否相同，或者會引起副作用，比如腹側(cè)被蓋區(qū)來源的多巴胺能神經(jīng)元是腦內(nèi)控制自然獎賞通路的主要神經(jīng)元。另外，現(xiàn)在PD動物模型細胞治療的研究主要是異位移植物-把分化的人多巴胺能神經(jīng)元移植到成年的PD模型鼠腦內(nèi)，這些PD模型動物其腦內(nèi)的微環(huán)境還是正常的。現(xiàn)在仍然不清楚，如果在同種移植的條件下，在衰老或PD疾病的模型動物腦內(nèi)，細胞治療的效果是否仍然可以獲得和維持。我們將綜合運用CRISPR/Cas9介導的基因編輯，多因子報告系統(tǒng)，病毒表達系統(tǒng)，電生理和定向分化技術(shù)發(fā)展新的多巴胺能神經(jīng)元亞型特異的分化方法，并且在PD模型小鼠和老年非人靈長類PD模型動物腦內(nèi)檢測細胞移植的療效和療效的維持，從而改進細胞治療的策略。我們也將和其他組合作發(fā)展非人靈長類PD動物模型，并在該模型中檢測細胞治療的效果。
我們課題組的長期目標是通過對多能干細胞定向分化和細胞治療基礎(chǔ)問題的研究，發(fā)展安全有效的細胞治療策略，同時為推進細胞治療的臨床轉(zhuǎn)化提供理論基礎(chǔ)。?
研究組組長;高級研究員
