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Cell子刊：長期選擇性刺激移植的神經干/祖細胞可改善運動功能

本文由brainnews腦科學世界團隊原創編譯 ， 轉載請聯系授權 。
由于再生能力有限 ， 脊髓損傷（SCI）可導致永久性神經功能喪失 。
SCI的主要病理機制包括神經傳導和神經支配失敗等 。 為了解決這些病理學問題 ， 研究人員開發細胞移植療法作為一種有希望的治療方法 ， 以替代受損的神經組織并重新連接神經回路 。
研究證明 ， 人類誘導多能干細胞衍生的神經干細胞/祖細胞（hiPSCNS/PCs）可以改善嚙齒動物和靈長類SCI模型的運動功能 。
因此 ， 來自日本慶應義孰大學醫學院的研究團隊研究了移植hiPSCNS/PCs的活性增強如何影響移植細胞本身和宿主組織 。 作者發現hiPSC衍生神經細胞的化學遺傳刺激在體外增強了細胞活性和神經元間的相互作用 ， 強調了宿主組織與hiPSC-NS/PC移植物產生的神經元之間突觸形成的重要性 。

Cell子刊：長期選擇性刺激移植的神經干/祖細胞可改善運動功能
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【Cell子刊：長期選擇性刺激移植的神經干/祖細胞可改善運動功能】在SCI嚙齒動物模型中 ， 對移植的hiPSCNS/PCs進行連續和選擇性的化學基因刺激也能增強周圍宿主組織中突觸相關基因和蛋白的表達 ， 防止受損脊髓萎縮 ， 從而改善運動功能 。 這些發現提供了一種增強移植物內活性的策略 ， 提高了細胞移植治療SCI的療效 。
突觸前后神經元首先接收來自多個突觸前伙伴神經元的未成熟突觸輸入 ， 具有更高活性的突觸被保留以形成成熟的突觸 ， 而活性較低的突觸則被消除 。
在SCI的細胞替代療法中 ， 移植的hiPSCNS/PC主要分化為神經元 ， 它們通過與周圍環境相互作用形成突觸連接而成熟 ， 這是一個類似于神經發育的過程 。 這種突觸聯系可以被認為是通過增強移植細胞中的神經元活性而得到加強的 。 然而 ， 提高移植hiPSC-NS/PCs的活性是否能在受損脊髓中產生良好的功能結果尚不清楚 。
研究結果
作者假設SCI后移植細胞的連續激活將增強宿主和移植神經元之間的突觸傳遞 ， 從而改善共運動功能 。 對于移植細胞的選擇性和連續激活 ， 使用了化學發生受體hM3Dq（一種專門由設計藥物（DEARDS）激活的設計受體） 。
首先 ， 建立了CAG-hM3Dq-mCherry和CAG-mCherry慢病毒載體 ， 感染414C2hiPSCNS/PC衍生的神經細胞（hM3Dq神經細胞） ， 與對照組相比 ， CNO（氯氮平N-氧化物）處理后Ca2+熒光信號強度顯著增強 ， 對照細胞中的熒光信號強度相對穩定 。
數據表明 ， 慢病毒轉導的hM3Dq神經細胞在CNO治療后提高了細胞內Ca2+濃度 ， 而CNO本身在沒有hM3Dq的情況下并沒有提高Ca2+濃度 。
CNO處理hM3Dq神經細胞可增強二聚體早期基因表達并激活鄰近的非神經元細胞 ， 低濃度下不會產生細胞毒性
通過評估早期基因（IEG）表達 ， 證實CNO誘導Ca2+升高后hM3Dq神經細胞活性增加 。 與載體處理組相比 ， CNO處理組的相對基因表達水平升高（圖1A） 。 各種IEG的分層聚類熱圖顯示CNO-和生理鹽水治療組的聚類以及CNO組中每個IEG的表達增強（圖1B） ， 這些數據表明慢病毒誘導的hM3Dq神經細胞在CNO誘導Ca2+升高后被激活 。
共同培養hM3Dq神經細胞和hM3Dq陰性/jGCaMP7f陽性神經元 ， 結果表明 ， jGCaMP7f陽性神經元通過與激活的hM3Dq神經細胞的連接通過突觸傳遞被激活 。 因此 ， CNO激活hM3Dq神經細胞可刺激相鄰神經元并增強神經元間的相互作用 ， 并且低濃度CNO處理和隨后Ca2+升高對hM3Dq神經細胞沒有細胞毒性 。

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圖1在低濃度下 ， CNO處理hM3Dq神經細胞可增強IEG表達并激活鄰近的非hM3Dq神經元 ， 而不會引起細胞毒性