猕猴脑内细胞转化修复局部脑缺血的新颖治疗策略和机制研究

Stroke has long been a major brain disorder difficult to cure. Clinical and experimental studies of stroke have met a bottleneck as how to resolve the glial scar after stroke. Our team member has led a groundbreaking work to reprogram reactive glial cells directly into neurons in the mouse brain with injury or Alzheimer's disease by NeuroD1 transcription factor (Cell Stem Cell, 2014), leading to a novel method to reverse glial scar back to neural tissue. Our recent work successfully established a model of focal cerebral ischemia induced by Endothelin-1 (ET-1) in non-human primate rhesus monkey (macaca mulatta) , and we have successfully infected adeno-associated virus AAV2/9-NeuroD1 into the money’s brain. Our data analysis found newborn neurons in the NeuroD1-infected areas, paving the way for a potential clinical application of this new technology. Based on these exciting preliminary data, we propose to employ multidisciplinary approaches including molecular and cellular, immunohistochemistry, brain imaging, electrophysiological and behavioral techniques to study the mechanism of glia-neuron reprogramming in monkey brain in ET-1 induced cerebral ischemia monkey model. Implementation of this project will provide an unprecedented new strategy for the treatment of stroke and other brain disorders.

脑中风一直被人们视为难以治愈的重大脑疾病。临床和实验研究长期无法逾越的瓶颈是如何化解脑中风后形成的胶质瘢痕。本项目组前期工作率先在脑损伤和老年痴呆症模型小鼠上，通过转录因子NeuroD1将应激型胶质细胞在大脑内直接转化为神经元，为脑损伤修复提供了开创性思路（Cell Stem Cell, 2014)。近期在非人灵长类动物猕猴上初步建立了血管收缩素Endothelin-1（ET-1）局部脑缺血模型，在猕猴脑损伤部位成功感染了编码NeuroD1的AAV2/9腺相关病毒，初步观察到新生神经元的产生。在此令人振奋的前期工作基础上，本项目拟采用多学科综合技术，包括分子细胞、免疫组化、脑成像、电生理、行为学等技术，深入系统研究猕猴ET-1脑缺血模型中，脑内胶质细胞在体重编程为神经元的转化机制，以及对脑中风的修复。本项目的实施将为治疗人类脑中风，以及其他大脑损伤性疾病提供前所未有的治疗策略和理论基础。

脑中风是导致偏瘫和死亡的重大脑损伤疾病之一，其中脑缺血为脑中风的高发疾病。重编程技术作为突破性的新技术，已经在脑损伤的修复研究上得到应用。项目组成员前期研究发现在成年小鼠脑内过表达神经转录因子NeuroD1可将脑损伤或老年痴呆症引起的应激性胶质细胞原位直接转化为功能性神经元，并进一步利用基因疗法在脑缺血的小鼠模型上实现了脑功能的恢复。但小鼠的大脑与人类的大脑在结构和遗传组成上有很大不同。本项目首次完成猕猴脑局部缺血后，胶质细胞脑内（在体）转化为神经元的创新性技术。结果发现，在猴脑内表达神经转录因子NeuroD1，可以将缺血性脑损伤引起的应激性星形胶质细胞高效地转化为与邻近部位相类似的神经元，转化效率高达90%。在猕猴脑内随着原位星形胶质细胞转化为神经元，NeuroD1处理的损伤区神经元密度显著增加，但星形胶质细胞本身并没有消失，而是变为更加健康的形态。另外，一类对脑中风敏感的parvalbumin型神经元在NeuroD1处理后受到明显的保护；同时，小胶质细胞相关的应激炎症反应明显降低。这项研究结果表明，脑内原位神经再生技术不仅在损伤区再生出新的神经元，同时伴随微环境的改善，保护了受损的神经元。该研究开创了非人灵长类动物脑缺血的在体脑修复的重编程新技术，可望为治愈脑中风提供新颖的治疗策略和思路，为将来治愈其他神经系统疾病，诸如老年痴呆症、帕金森氏症、脑挫伤、脊髓损伤等奠定坚实的实验基础。