近年来皮肤成纤维细胞直接转分化获得神经元的技术获得长足发展和广泛关注。根据加利佛尼亚州索尔克生物研究所的Fred Gage团队6月27日发表在Cell Stem Cell杂志上的研究报告表明，直接诱导神经元比干细胞诱导神经元更能反映出供体的AD疾病关联年龄特征。虽然AD患者的皮肤成纤维细胞并未经受类似于神经元在大脑中的AD疾病影响，但其转分化获得的诱导神经元仍具有一定的AD病理特征，如神经网络密度低、突触功能微弱及具有应激反应，而由 iPSC诱导神经元并没有这些疾病特征。因此Fred Gage教授认为直接转分化获得的神经元是较iPSC诱导神经元更准确的AD体外神经细胞模型。
当前，iPSC诱导神经元是神经退行性疾病病理机制研究的主要体外细胞模型，但由于需要经过重置过程，iPSC诱导神经元没有反映供体的年龄、病理特征，模型适配性相对较差，研究效果并不理想。因此研究人员绕过iPSC过程，利用合适的转录因子组合，直接从皮肤成纤维细胞转分化获得诱导神经元，用以弥补iPSC诱导神经元在疾病病理机制研究使用中的不足。
Gage教授领导的团队在2015年10月发表的研究报告中表明，与iPSC诱导神经元表现出的胚龄特征不同，直接诱导神经元能表现出供体年龄特征，但不能确定是否具有神经退行性疾病的病理特征。为了弄清这个问题，Jerome Mertens教授领导的团队利用16位AD患者和19个年纪相同的正常人的成纤维细胞直接转分化获得神经细胞，并进行了基因测序。研究结果表明，两组人群成纤维细胞基因测序结果对比未发现明显差别，但两组诱导神经元的基因表达差异显著；再者AD患者来源的诱导神经元的基因表达与AD患者神经元的基因表达呈现一定程度的一致性，如突触传递相关的基因功能弱化，应激反应和细胞周期相关的基因功能增强等。
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另有多项研究发现，AD患者来源的诱导神经元具有与AD患者神经元相同的变化，如突触减少，神经递质传递频率降低、活性氧物质种类增多、DNA损伤等。 Jerome Mertens教授称：“这些研究数据表明AD患者来源的直接诱导神经元反映了AD一部分病理特征，例如神经元衰竭、细胞处于应激反应状态以及细胞周期缩短。”
AD的病理信号是如何传递给成纤维细胞，又是如何在诱导神经元中表达的呢？针对这两个问题，研究人员深入研究了样本的染色质。他们发现 AD直接诱导神经元转录组控制基因功能似乎在不断丧失，神经元中有大量开放性染色质。与对照组神经元相比，直接诱导神经元中有7188个基因组片段的长度不同，而且其中97%的片段在AD患者神经元中开放性程度更高。AD患者大脑中的Tau蛋白异常聚集与染色质松动有关，虽然导致染色质松动的原因尚不清楚，但这可能是直接诱导神经元特性衰退的一个原因。
研究人员又利用相同供体成纤维细胞制备了iPSC诱导神经元，对比验证iPSC诱导神经元是否也具有这些病理特征。结果表明，自AD患者iPSC诱导神经元与对照神经元之间基因表达基本没有显著差异，但其中一些基因表达差异较大。研究表明iPSC诱导神经元中没有反映出患病供体的病理特征。
验证了直接诱导神经元具有一定的典型AD病理特征后，研究人员进一步确认了直接诱导神经元具有年龄特征，因为老龄（化）是AD最重要的非遗传致病因素。他们检测了包含DNA甲基化（模式）和年龄相关基因的表达等指标。结果表明，直接诱导神经元与成人的神经元类似，而iPSC诱导神经元与胎儿的神经元相似。有趣的是，AD直接诱导神经元和对照组的直接诱导神经元之间的衰老标记并无区别，这说明AD发病时并未加速衰老，AD发病是一种与年龄密切相关的异常状态。
比利时鲁汶大学的Bart De Strooper教授评论：“直接诱导神经元为研究衰老与神经退化的关联提供了一个很好的模型。”他认为与年龄相关的表观遗传基因的缺失在AD的病理研究中至关重要。他还认为：“诱导神经元模型颠覆了该领域的研究发现，表明AD患者的病理表型是病理老化的结果。”
De Strooper教授提出他很好奇：“AD已经明确的神经病理特征是否与发生在诱导神经元的病理转录特征有一致性”。诱导神经元并未有受到淀粉样沉淀和纤维缠结的直接影响，因此诱导神经元的病理转录特征是细胞自发的、上游的反应结果。而这些影响是否导致经典的神经病理过程发生还有待进一步的研究。
综上所述，直接诱导神经元模型虽有不足之处，如成纤维细胞生长缓慢且基因工程改造不敏感，但直接诱导神经元转录组、表型特征与AD患者神经元特征在目前最为匹配，是AD等神经退行性疾病最理想的体外神经细胞模型。
宁波易赛腾生物科技有限公司 李福云编译
原文链接：
Neurons Made from Fibroblasts Keep Imprint of Alzheimer's, Aging | ALZFORUM
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