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在实验室培养皿中模拟孤独症:研究者建立孤独症神经元模型

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沙克生物研究所和圣地亚哥加州大学的研究人员合作,成功应用Rett综合征患者的人类诱导多能干细胞(iPS)在实验室复制孤独症并研究了该病的分子发病机制。

他们的研究成果发表在2010年11月12日的《细胞》杂志上,揭示了疾病特有的细胞缺陷,如Rett神经元之间功能连接少,并阐述了这些症状是可逆的,为有一天治愈孤独症带来了希望。

“精神疾病,尤其是孤独症仍被认为是喂养不良引起的,”加州大学圣地亚哥医学院分子与细胞医学系副教授、首席作者Alysson Muotri博士说。“我们明确展示了孤独症是一种生物学疾病,是由于发育缺陷直接影响了大脑细胞导致的。”

Rett综合征是孤独症最常见的身体残疾。该病主要影响女孩,当他们学会走路或会说几个字的时候,Rett综合征的症状开始显现出来。随后正常发育迟缓,最终婴儿退化失去语言和运动技能,并出现刻板运动及孤独症的特征表现。

几乎所有的病例都是由MeCP2基因的一种单一突变引起的,MeCP2基因与球形基因表达的调节有关,可导致多种严重程度不一的症状。

“有时可认为Rett综合征是‘罗塞塔石碑’,这样有助于我们更好的理解其他发育性神经系统疾病,因为它与其他疾病,如孤独症和精神分裂症,有着相同的遗传连锁。”沙克研究所遗传学实验室的博士后、第一作者Carol Marchetto理学博士称。

过去科学家局限于通过影像技术或尸检脑组织研究孤独症谱系障碍患者的大脑,而现在可从患者皮肤获取多能干细胞,这项技术促使发现该疾病引起的受损细胞类型,并为科学家研究孤独症揭开了崭新的一页。

“惊讶的是,我们可以在一个有盖的培养皿中复制一种精神疾病” 沙克遗传学实验室教授、视力中心负责人、首席作者Fred Gage理学博士与年龄相关神经退行性疾病研究室主任John Adler说,“这可让我们在培养皿中研究Rett神经元,辨别神经元电路功能的微妙变化,这是以前无法做到的。”

Marchetto从4名携带4种不同MeCP2基因突变患者的皮肤活检入手,并设立健康对照组。通过将皮肤细胞暴露于4个重排因素,她将时间倒转,导致细胞的外形和活动与胚胎干细胞类似。众所周知的是,此时的诱导多能干细胞—Rett衍生细胞与正常对照细胞是无法区分的。

她耐心诱导多能干细胞发育为功能完备的神经元——这一过程需要几个月的时间——通过诱导出的神经元她能够区分两者。携带MeCP2基因突变的神经元胞体较小,突触和树突棘数目减少,细胞间通信的结构特殊且电生理缺陷,提示细胞发育早期就已出现错误。

胰岛素样生长因子1(IGF-1)是一种可调节细胞生长和神经发育的激素,它能够逆转Rett综合征小鼠模型的某些症状,沙克研究人员检测了胰岛素样生长因子1能否恢复培育的人类Rett神经元的正常功能。

“用IGF-1治疗可增加突触和树突棘的数量,使神经元基因型恢复至接近正常。”Gage称“这就表明孤独症基因型不是固定不变的,至少一部分是可以逆转的。”

Muotri对于有希望找到一种治疗Rett综合征和其他类型孤独症的药物感到特别兴奋:“我们现在知道能用疾病特异性诱导多能干细胞促进疾病恢复,同样可以寻找针对可检测的分子缺陷的新型药物。”

(选自ScienceDaily;译员:风筝)
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