2014年终盘点：干细胞，《自然》：帕金森病衰老机制“问询”干细胞技术
《自然》在线发表了中科院生物物理研究所刘光慧研究组同美国Salk研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte研究组的合作研究论文“Progressive degeneration of human neural stem cells caused by pathogenic LRRK2”。该研究首次结合多能干细胞和基因组靶向修饰技术揭示了帕金森病神经干细胞随着衰老过程而发生的退行性病变。这一研究成果为诊断、预防与治疗帕金森病提供了新的潜在靶点。
研究人员首先向携带帕金森病致病基因LRRK2 (G2019S)突变的患者皮肤细胞中导入三个“多能性因子”，从而在体外获得疾病特异的诱导性多能干细胞(iPSC)。这些iPSC在实验室中进一步定向分化为目前无法从患者颅内直接获取的功能性神经干细胞及多巴胺神经元。通过对这些“患者来源的神经细胞”进行细致的研究，刘光慧研究员等发现LRRK2 (G2019S)突变的神经干细胞表现出一系列与“衰老”相关的退行性表型，如对细胞内泛素化蛋白聚集诱导的凋亡更加敏感，以及随着体外培养时间延长其克隆式生长及向神经元定向分化等“干性”特征逐渐消失等。有趣的是，随着体外传代次数的增加，携带基因突变的神经干细胞表现出明显的核膜异常，如核纤层蛋白组成和核膜结构的改变。
为了验证这些新型病理特征与帕金森病致病基因LRRK2突变之间的分子联系，研究人员通过HDAdV介导的基因打靶技术原位矫正了患者干细胞中的LRRK2 (G2019S)突变。实验结果表明，矫正后的神经干细胞消除了帕金森病相关的疾病表型。
相反，利用打靶技术在正常人胚胎干细胞中定向敲入LRRK2 (G2019S)突变(即体外人工创造出帕金森病胚胎干细胞)则导致疾病相关表型的出现。更为重要的是，通过对临床帕金森病人死后脑组织的海马区(人神经干细胞所在部位)进行分析，可见该区神经源性细胞存在广泛的核膜异常，这与帕金森病iPSC定向分化得到的神经干细胞模型观察结果相一致。
最后，研究人员进一步发现LRRK2激酶特异性抑制剂可以在体外改善帕金森神经干细胞的异常表型。
Progressive degeneration of human neural stem cells caused by pathogenic LRRK2 doi:10.1038/nature11557
点评
国际著名帕金森病研究专家Mark Cookson博士高度评价该研究，他表示，这一工作首次揭示了核膜异常以及脑内神经干细胞渐进性功能衰退在帕金森病发生发展中的作用。不仅为帕金森病病人患有的认知功能衰退等中枢神经系统症状提供了一定的解释，并且提示了将来在临床上利用小分子抑制剂药物或靶向基因修复患者神经前体细胞治疗帕金森病的可能性，将其称之为“在帕金森病研究领域开辟了一个崭新的大方向”
《医学科学报》 (第1期 第8版 国际期刊), http://www.100md.com
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