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經驗分享：人多能干細胞在帕金森綜合癥治療與研究中的作用( 三 )

健康知識養生常識


二、hPSC在帕金森綜合癥機制研究中的進展
2.1帕金森綜合癥中腦類器官模型的建立
2008年 ， Park及其同事首次將病人體細胞誘導轉化為hiPSC ， 成功構建唐氏綜合征、亨廷頓、帕金森綜合癥患者來源的hiPSC 。 之后 ， 研究人員利用2D培養體系將hiPSC誘導分化為神經元 ， 作為體外分化以及發育調控研究的模型 ， 如對精神分裂癥、雙相情感障礙、抑郁癥、帕金森綜合癥等的研究 。 然而 ， 盡管2D培養技術相對成熟及穩定且疾病研究也取得了相應的成果 ， 但2D培養無法良好地模擬腦內三維空間上的結構以及由各種因子和信號所組成的復雜的微環境 ， 更無法準確概括細胞與細胞/細胞外基質之間的相互作用 。 研究表明 ， 2D所得的多巴胺能神經元雖具備部分病理特征 ， 如上調的氧化應激的敏感性 ， 但分化所得神經元不僅成熟度較低 ， 目前也極少有報道表明該模型可模擬路易小體的異常聚集現象 。
為了更好的探究帕金森綜合癥患者腦內細胞的狀態 ， 研究者采用類器官技術進行探究 。 類器官是指在體外環境下產生的具備三維結構的微型模器官 ， 可模擬部分人體組織或器官的生理功能 。 并且 ， 組成類器官的細胞具有與體內發育過程相似的定向分化性 。 研究表明 ， 類器官與腦內器官具有極高的相似度 。 類器官培養技術最早期運用于小腸類器官的建立 ， 直至2013年 ， 人腦類器官才得以建立 ， 例如Lancaster建立的皮層類器官、Muguruma建立的小腦類器官等 。
中腦是多巴胺能神經元的主富集區域 ， 該區域參與控制一系列聽覺、視覺以及運動 ， 是人腦不可或缺的區域之一 。 2016年 ， 新加坡科學家Jo與其同事建立了模擬人中腦結構的類器官模型 ， 并通過一系列手段證明了該模型的功能活性 。 此外 ， 研究者在該類器官模型內檢測到多巴胺能神經元的主要標志物神經黑色素 。 在此基礎上 ， 研究者們也通過自體衍生的iPSC建立了具有自身遺傳信息的帕金森綜合癥中腦類器官模型 。 帕金森綜合癥中腦類器官模型的建立為帕金森綜合癥發病機制的闡明以及分子機制的研究提供了平臺（表1） 。
表12D多巴胺能神經元及3D中腦類器官分化方法
經驗分享：人多能干細胞在帕金森綜合癥治療與研究中的作用
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2.2帕金森綜合癥中腦類器官模型的應用與展望
自帕金森綜合癥中腦類器官技術建立以來 ， 已有許多科學家依此進行分子機制等層面的探究且取得了良好的研究成果 。 如Kim利用患者自體體細胞建立含有自身遺傳信息的hiPSC ， 并結合中腦類器官分化技術成功模擬了G2019S-LRRK2散發性帕金森綜合癥 。 研究者證明該中腦類器官可呈現與PD患者相似的病理學特征 ， 如α-突觸核蛋白異常聚集及清除 。 除此之外 ， 研究者還發現TXNIP可以介導G2019S-LRRK2的病理表型 ， 該發現不僅為治療該疾病提供了新的藥物作用靶點 ， 也為靶向性藥物的篩選提供了新的方向 。
類器官模型除了可應用于細胞水平機制的探究外 ， 或可運用于亞細胞水平機制的研究 ， 如對多巴胺能神經元內遞質釋放等行為的探究 。 遞質作為生物信息傳遞的要素之一 ， 是細胞維持正?；顒拥幕驹?。 單細胞內遞質釋放的準確檢測對探索相關疾病研究具有重要意義 。 細胞內遞質儲存于囊泡內 。 囊泡膜由磷脂層、跨膜蛋白以及細胞膜表面的親水化合物組成 ， 其內含物的正常釋放是維持細胞機能的重要機制之一 。 α-突觸蛋白的異常聚集已被證明與家族型帕金森綜合癥相關 。 有研究報道表明該蛋白可通過與磷脂的結合發生作用 ， 并累積于突觸前端 ， 從而造成囊泡釋放障礙 。 因此 ， 實時準確的檢測囊泡釋放的方法是帕金森綜合癥分子機制研究中不可或缺的一部分 。