基因治疗有助于脑卒中后功能恢复

2020-06-03 37基因相关

基因治疗有助于脑卒中后功能恢复。一种新的基因疗法将胶质细胞——大脑中丰富的支持细胞——转化为神经元,修复中风造成的损伤,显著改善小鼠的运动功能。一篇描述使用NeuroD1基因的新疗法的论文发表在《分子治疗》杂志的网上。一旦进一步发展,这种基于NeuroD1的基因疗法有可能用于治疗中风,而中风是美国致残的主要原因,每年有80万新的中风患者。

研究背景

宾夕法尼亚州立大学博士后研究员陈宇晨说:“目前的中风治疗有一个狭窄的时间窗口,通常在中风发生后的几个小时内。”许多患者不能及时接受治疗,因此常常因不可逆转的神经元丧失而导致永久性残疾。现在迫切需要开发一种新的疗法,在中风患者中再生新的神经元,恢复失去的脑功能。”

人类大脑大约有860亿个神经元。虽然小中风是可以容忍的,但涉及数十亿神经元损失的中度中风会产生不自然恢复的有害影响。

“因此,在神经再生领域仍然没有答案的关键问题是,中风后,我们如何在患者的大脑中再生数十亿个新的神经元?”生物学教授、宾夕法尼亚州立大学生命科学系主任、研究团队负责人凡尔内梅威拉曼(Verne M.Willaman)说大脑修复的最大障碍是神经元无法自我再生。在过去几十年里,许多中风的临床试验都失败了,主要是因为它们都不能再生足够的新神经元来补充丢失的神经元。”

基因治疗有助于脑卒中后功能恢复

龚晨和他的团队开创了一种利用神经胶质细胞再生功能性神经元的新方法,神经胶质细胞是大脑中每一个神经元周围的一组细胞,为神经元提供必要的支持。与神经元不同,胶质细胞可以自我分裂和再生,尤其是在脑损伤后。

龚晨说:“我相信,把大脑中已经存在的神经胶质细胞变成新的神经元,是补充失去的神经元的最好方法。”这些神经胶质细胞是大脑中死亡神经元的邻居,可能有着相同的祖先细胞血统。”

龚晨的研究小组此前报告说,单一的遗传神经因子NeuroD1可以直接将阿尔茨海默病小鼠脑内的胶质细胞转化为功能性神经元,但产生的神经元总数有限。研究小组认为,这种有限的再生是由于逆转录病毒系统用于传递神经1到大脑。在目前的研究中,研究小组使用AAV病毒系统,这是目前神经系统基因治疗的首选,将NeuroD1导入中风小鼠的运动皮层。

许多神经元在中风后死亡,但幸存的胶质细胞可以增殖,并在中风区域形成胶质瘢痕。AAV系统被设计成在形成这些疤痕的胶质细胞中优先表达NeuroD1,将它们直接转化为神经元细胞。这种直接的神经胶质细胞转化技术不仅增加了脑卒中区域的神经元密度,而且显著减少了脑卒中引起的脑组织损伤。

有趣的是,新转换的神经元显示出与中风后丢失的神经元相似的神经元特性。这表明局部神经胶质谱系可能对转换的神经元特性产生影响。

研究结果

龚晨说:“这项研究最令人兴奋的发现是看到新转换的神经元在激发重复动作电位和与其他先前存在的神经元形成突触网络方面完全发挥作用。”它们还向正确的目标发出长距离轴突投射,促进运动功能的恢复。”

波多黎各大学(University of Puerto Rico)教授格雷戈里•奎克(Gregory Quirk)领导的另一项合作研究在大鼠中风模型中进一步测试了基于NeuroD1的基因疗法。奎克和他的同事还发现,基因治疗有助于脑卒中后功能恢复,这种直接的神经胶质细胞转化技术可以挽救中风引起的认知功能缺陷。

“由于神经胶质细胞在大脑中无处不在,可以分裂自我再生,我们的研究提供了一个概念的证据,即大脑中的神经胶质细胞可以作为年轻人的源泉,再生功能性的新神经元,不仅用于脑卒中的修复,也用于导致神经元丧失的许多其他神经系统疾病。”陈玉辰说我们的下一步是进一步测试这项技术,并最终将其转化为临床有效的治疗方法,造福全球数百万患者。”

引用

Penn State. "Gene therapy helps functional recovery after stroke." ScienceDaily. ScienceDaily, 11 September 2019. www.sciencedaily.com/releases/2019/09/190911165212.htm.

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