近日，香港大学医学院（HKUMed）和香港城市大学（CityU）的研究人员已成功生成了具有强大治疗潜力的人类神经干细胞（hNSCs），用于治疗脊髓损伤。研究人员表明，通过减少名为SOX9的基因表达的人类多能干细胞（hPSC）衍生的神经干细胞，在脊髓运动神经元方向上进行了优先分化。当将这些神经干细胞移植到大鼠脊髓损伤模型中时，这些细胞生成成熟的神经元亚型，能够整合并生长出投射到远距离并与宿主神经元连接的轴突。受试者显示出减少的胶质瘢痕，并且在运动和其他功能恢复方面出现显著改善。研究团队表示，他们的研究成果为开发新的治疗机会铺平了道路。
香港大学医学院生物医学科学学院副教授Martin Cheung Chi-hang博士表示：“我们的研究揭示了一种新的范式，通过使用基因靶向策略来激活内在的程序，增强了hNSCs在治疗脊髓损伤方面的治疗潜力。这种方法改变了移植物在损伤环境中的响应，赋予了其增强的神经分化能力、存活能力和整合能力，以及减少胶质瘢痕形成，从而为治疗严重创伤性脊髓损伤提供了更有效的干细胞疗法。”
这项研究成果发表在《Advanced Science》杂志上，题为“Transplanting Human Neural Stem Cells with ≈50% Reduction of SOX9 Gene Dosage Promotes Tissue Repair and Functional Recovery from Severe Spinal Cord Injury”。在其中，研究人员得出结论：“我们的发现代表了为治疗脊髓损伤生成经过基因修饰的hNSCs的新范式。”
创伤性脊髓损伤（SCI）导致了与损伤部位及其周围的运动和感觉功能有关的神经元逐渐丧失。SCI患者可能会出现永久性瘫痪或不同程度的功能障碍和感觉丧失，这取决于损伤的严重程度。目前，尚无有效的SCI治疗方法。研究人员指出：“当前的临床管理和治疗方案的无效性可能导致SCI患者终身残疾。”
香港大学医学院的一个研究小组已经培育出具有强大治疗潜力的人类神经干细胞，用于治疗脊髓损伤，为新的治疗机会铺平了道路。研究小组成员包括(左起)Wu Ming-hoi, Hui Man-ning, Feng Xianglan, Chen Yong-long, Professor Daisy Shum Kwok-yan, Dr Martin Cheung Chi-hang, Professor Chan Ying-shing, Dr Tam Kin-wai and Amos Lo Lok-hang.。[香港大学]
由于在损伤部位周围形成胶质瘢痕，限制了受损的神经元再生，因此SCI患者的运动和感觉恢复有限。研究人员指出：“在损伤愈合过程中，瘢痕可以阻止炎症扩散，避免进一步损伤。”然而，这种屏障结构也阻碍了神经元再生。由于未受损神经元的内在再生能力较低，成年脊髓中也缺乏神经干细胞，因此无法恢复瘢痕周围的脊髓神经元。“…脊髓内和瘢痕周围的组织结构和结构无法恢复，因为哺乳动物中成年中枢神经系统（CNS）中的神经元内在再生能力低下，而且受损后的环境也无法恢复。”
以人类多能干细胞衍生的人类神经干细胞（hNSCs）移植到SCI部位被认为是一种有前途的治疗策略，可以弥补脊髓神经元的损失，并有可能实现其与宿主神经元的连接，从而促进脊髓恢复。然而，损伤环境有利于胶质细胞的形成，而不是神经元的形成，这限制了移植的hNSCs的治疗效力。研究人员继续指出：“在受伤的脊髓中，敌意的微环境和生长因子的不足限制了移植的NSCs的治疗效果，这主要取决于它们的存活、神经发生潜能、整合能力和轴向特性。”
大多数移植疗法采用了生长因子混合物嵌入细胞外基质，以增强SCI啮齿动物模型中移植的hNSCs的存活和神经发生潜能。然而，使用这种方法，hNSCs需要很长时间才能成熟，并且分化为较少数量的神经元亚型，这限制了SCI模型中的功能恢复程度。因此，迫切需要重新构建NSC移植物，以克服内在和外在的障碍，作为创伤性SCI的有效治疗方法。研究人员进一步提出：“重新构建hNSC移植物以克服内在和外在的障碍，可能为创伤性SCI提供更有效的修复过程。”
作为转录因子SOX家族的一员，性别决定区Y-盒转录因子（SOX9）在维持NSC多潜能性方面发挥关键作用，之前的研究表明，持续的SOX9表达会阻止受伤脊髓中的新生神经元再生过程。研究人员解释说：“SOX9的功能包括维持多能性神经干细胞特性，促进星形胶质细胞分化，抑制神经发生。”他们指出，这表明可以通过靶向SOX9来生成具有改进的神经发生潜能的hNSCs，这些细胞在治疗SCI时可能更好地在敌意的环境中存活。
在他们的新研究中，研究团队使用shRNA技术以剂量依赖的方式降低了hNSCs中SOX9基因的表达。他们始终发现，将hNSCs中的SOX9表达水平降低约50%会促进运动神经元的形成，而将SOX9表达降低得更低则会影响细胞的存活和更新。
这些发现表明，SOX9在调控神经形成的启动、自我更新和存活方面起到剂量依赖的作用。研究人员还显示，表达50% SOX9蛋白的hNSCs的增强神经发生潜能部分归因于葡萄糖消耗的减少。在培养的SOX9降低表达细胞中，他们检测到低葡萄糖摄取和显著减少的糖酵解基因表达，“暗示SOX9在诱导和/或维持hNSCs中高糖酵解代谢方面起到作用。”有趣的是，科学家们进一步指出：“最近的研究揭示了从糖酵解到氧化磷酸化的代谢重塑在神经分化或/和再生过程中的作用。已经表明，hNSCs中的神经分化需要减少的有氧糖酵解，而在hNSCs中持续激活糖酵解基因则会导致强大的星形胶质细胞形成和神经元的凋亡。
脊髓损伤(SCI)引起神经损伤，损伤环境有利于SOX9的表达；hNSCs与半量SOX9移植可获得独特的内在能力，促进神经再生，延长轴突生长，并建立与宿主的神经元连接，恢复脊髓损伤动物的行走能力和温度感觉。[香港大学]
体内测试确认，减少SOX9的hNSCs的神经发生和代谢特性在移植到大鼠脊髓损伤的部位后仍然保持不变，并且无需富含生长因子的基质。这表明受伤环境不会影响hNSCs的代谢状态和神经分化潜力。
接受SOX9 KD移植的SCI大鼠的移植物广泛分布在损伤部位。更重要的是，作者继续指出，移植物展示了出色的整合特性，主要分化为运动神经元，并减少了胶质瘢痕基质的积累，以促进长距离轴突生长和与宿主神经元的连接，从而显著改善了接受者动作和体感功能。”这些结果表明，具有一半SOX9基因剂量的hNSCs能够克服内在和外在的障碍，具有强大的移植治疗创伤性SCI的治疗潜力。”
他们进一步得出结论：“我们的研究揭示了一种新的范式，通过使用基因靶向策略来激活内在的程序，增强了移植的hNSCs的治疗潜力。这种方法改变了移植物在损伤环境中的响应，赋予了其增强的分化能力、存活能力和整合能力，以及减少胶质瘢痕形成，从而为严重创伤性SCI提供更有效的干细胞疗法。”
该团队表示，为了实现其研究成果的临床转化，未来的努力应集中在开发基因策略，将hNSCs中SOX9活性或表达水平降低约50%，以用于治疗SCI患者的移植治疗。
参考文献：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202205804
编辑：王洪
排版：李丽
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