AD病人个体化细胞模型建立的研究

Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of age-related neurodegenerative disease, characterized by progressive memory loss and cognitive disturbance. Due to the limitation of ideal disease model to probe AD, the pathogenesis of this disease remains largely unknown, which has hampered the novel drug development for the treatment of AD. The discovery of iPS holds promise for the generation of AD patient-specific iPS cells and modeling of the disease. The basal forebrain cholinergic neuron (BFCN) plays important roles in the learning and memory ability, and degeneration and loss of BFCN contributes substantially to the cognitive deficits of AD patients. Thus, the establishment of methods that direct the differentiation of AD patient-derived iPS cells into BFCN can serve as base for the generation of patient-specific cellular modeling. In our previous study, human embryonic stem cells have been induced and successfully differentiated into BFCN. Here, we propose to generate integration-free iPS cell lines from a large number of AD patients, direct the differentiation of AD patient-derived iPS cells into BFCN, and explore the possibility of establishing AD patient-specific models from iPSC-derived BFCN, which hopefully contribute to elucidation of AD pathogenesis and development of patient-specific therapies for the treatment of AD.

阿尔兹海默症（AD）是中老年人群中最常见的一种神经退行性疾病，临床表现为病人记忆和认知功能障碍。由于缺乏理想的疾病模型，AD发病原因和药物开发的研究一直受到极大阻碍。iPS技术的出现为AD病人特异性多潜能干细胞和疾病模型的建立开辟了新途径。基底前脑胆碱能神经元在大脑学习记忆过程中起关键作用，这类神经元的功能异常和丢失是导致AD病人认知功能障碍的基本原因。因此，构建AD病人iPS细胞向基底前脑胆碱能神经元定向分化系统，对建立个体化疾病的细胞模型十分重要。本项目前期研究工作已经初步建立将人胚胎干细胞诱导分化为基底前脑胆碱能神经元的方法。在此基础上，本项目旨在构建多个AD病人体细胞来源且无外源基因插入的iPS细胞，并诱导iPS细胞向基底前脑胆碱能神经元定向分化，探讨其作为AD疾病模型的可行性。本项目的研究成果将为AD病人的发病机制研究以及个体化药物治疗提供更加完善的体外模型和研究基础。

阿尔兹海默症(AD)，包括家族性AD（familial AD, fAD）和散发性AD（sporadic AD, sAD），是中老年人群中最常见的一种神经退行性疾病,临床特征表现为记忆和认知功能障碍。与认知活动密切相关的BFCN的功能异常和丢失是导致AD病人认知功能障碍的重要原因，因此BFCN可能具有改善AD认知功能障碍的潜能。我们建立了将小鼠和人多能干细胞诱导分化为基底前脑胆碱能神经元（Basal forebrain cholinergic neuron，BFCN）的方法，并发现这些多能干细胞来源的BFCN具有与脑内BFCN相似的分子和功能特征。将小鼠和人多能干细胞来源的BFCN前体细胞移植到AD模型小鼠的基底前脑内，发现移植细胞在AD小鼠基底前脑内主要分化为有功能的乙酰胆碱能神经元，并能有效整合到AD小鼠基底前脑的乙酰胆碱能投射环路。同时发现，移植外源BFCN的AD小鼠的学习和记忆功能得到了显著的改善。该项研究探讨了多能干细胞来源的基底前脑胆碱能神经元用于AD细胞治疗的可行性，已于2015年发表在国际期刊杂志《干细胞报告》上。另外，由于缺乏理想的疾病模型,AD发病原因和药物开发的研究一直受到极大阻碍。AD病人体细胞来源的诱导多潜能干细胞（iPS细胞）因为携带和病人相同的遗传背景，在AD发病及治疗策略的研究中具有极大的应用前景。我们建立了47位志愿者尿液细胞或外周血单核细胞来源的、不含外源基因插入的iPS细胞系共347株，涵盖早发型sAD、晚发型sAD、fAD和与其年龄匹配的健康对照，形成了较为完整的AD iPS细胞库。通过建立和完善人iPS神经定向分化系统，我们可以高效地将这些iPS细胞定向分化为大脑皮层谷氨酸能神经元或基底前脑胆碱能神经元（Basal forebrain cholinergic neuron, BFCN）.我们发现，与对照相比，AD iPS细胞分化得到的大脑皮层神经元表现出较高的Aβ分泌、Tau磷酸化和Tau蛋白表达水平，很好地再现了AD的典型病理特征。该部分工作结果正在整理成文，准备投送中。