中国科学院神经科学研究所
    神经分化和再生研究组
研究方向

细胞治疗是中枢神经系统疾病最具前景的治疗手段之一。80-90年代,欧洲和美国进行了一系列针对帕金森病(PD)细胞移植治疗的临床研究。PD主要是由于中脑黑质多巴胺能神经元发生退行性变和丢失造成的运动功能障碍,通过移植流产胎儿中脑腹侧的神经前体细胞到病人的纹状体,部分病人的运动功能可以得到一定程度的恢复,移植的神经前体细胞在成年脑内部分可以分化成多巴胺能神经元,并释放多巴胺,这些临床研究证明了细胞移植在神经系统疾病治疗中的巨大潜能。人多能干细胞 (hPSCs),包括人胚胎干细胞 (hESCs) 和人诱导性多能干细胞(hiPSCs)的应用,进一步拓展 了细胞治疗的应用前景。通过定向分化,人多能干细胞可以生成包括神经元在内的多种类型的细胞,为细胞治疗的临床应用提供了大量的可再生的资源。在以疾病动物模型为基础的细胞治疗研究中,移植的人多能干细胞来源的神经细胞可以改善,包括亨廷顿舞蹈症,帕金森病,脊髓损伤,和癫痫等在内的多种神经系统疾病的行为学表型。我们实验室主要研究成年脑内细胞移植治疗的机理和发展新的针对神经退行性疾病细胞移植治疗的策略。

目前主要研究方向
      1、成年脑内细胞治疗的机制

      在神经系统疾病细胞治疗中,外源移植的神经细胞要完全替代内源丢失的或功能异常的神经细胞的功能需要经历三个阶段:首先,移植的神经前体细胞在脑内要存活并分化成特定类型的神经元;其次,神经元长出轴突,在成熟脑环境中延伸,找到正确的宿主靶细胞,并建立突触联系;最后,移植的神经元需要接受上游信号的调控,与上游宿主神经元建立突触联系。在经历了这些复杂的过程之后,外源移植的神经细胞才最终可以整合入宿主的神经环路,替代已丢失或功能异常神经细胞的功能,达到理想的治疗效果。然而,中枢神经系统内源特异性神经投射和突触联系是在发育过程中逐步形成的,这一过程涉及很多复杂的分子机制,包括各种有吸引或排斥功能的轴突导向分子,细胞-细胞相互作用 ,放射状胶质细胞的引导等等。在成熟脑内,这些分子机制大部分都减弱或消失了,仅有很少的一部分轴突导向分子在有限的几个脑区中表达。因此,在干细胞移植领域,现在仍然不清楚成年脑内移植的神经干细胞(或前体细胞)的轴突投射以及移植细胞和宿主细胞突触连接的形成是否具有特异性?如果有,其遵循的原则和机制是什么?我们将综合运用人多能干细胞定向分化技术,CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术,细胞移植,免疫组化,病毒介导的逆行和顺行跨突触示踪以及功能磁共振技术,研究成年脑内移植细胞轴突导向和突触连接形成的原则和机制。

2、发展新的针对神经退行性疾病细胞移植治疗的策略
      在已报道的PD细胞治疗模型中,人多能干细胞来源的中脑多巴胺能神经元在体内的分化效率一般在5%到60%之间,其他细胞包括GABA能神经元,五羟色胺能神经元,星形胶质细胞以及其他未知的细胞类型。移植的多巴胺能神经元至少包含两种亚型,黑质致密部来源(A9)的多巴胺能神经元和腹侧被盖区来源的(A10)多巴胺能神经元。这些非多巴胺能神经元是潜在细胞治疗副作用的来源。在以流产胎儿中脑组织为细胞来源的PD细胞治疗临床实验中,一部分病人会产生很严重的副作用,被称为移植物诱导的运动失调。移植组织中混杂的五羟色胺能神经元被认为是产生这一现象的主要原因。现在仍然不清楚不同亚型的多巴胺嫩在PD细胞治疗的作用是否相同,或者会引起副作用,比如腹侧被盖区来源的多巴胺能神经元是脑内控制自然奖赏通路的主要神经元。另外,现在PD动物模型细胞治疗的研究主要是异位移植物-把分化的人多巴胺能神经元移植到成年的PD模型鼠脑内,这些PD模型动物其脑内的微环境还是正常的。现在仍然不清楚,如果在同种移植的条件下,在衰老或PD疾病的模型动物脑内,细胞治疗的效果是否仍然可以获得和维持。我们将综合运用CRISPR/Cas9介导的基因编辑,多因子报告系统,病毒表达系统,电生理和定向分化技术发展新的多巴胺能神经元亚型特异的分化方法,并且在PD模型小鼠和老年非人灵长类PD模型动物脑内检测细胞移植的疗效和疗效的维持,从而改进细胞治疗的策略。我们也将和其他组合作发展非灵长类PD动物模型,并在该模型中检测细胞治疗的效果。

我们课题组的长期目标是通过对多能干细胞定向分化和细胞治疗基础问题的研究,发展安全有效的细胞治疗策略,同时为推进细胞治疗的临床转化提供理论基础。




陈跃军 博士

研究组组长、研究员
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