量身订做孤独症的解药


  孤独症(Autism)是一种高度复杂的精神障碍。在美国,每110名新生儿中就有1人患有孤独症。这种疾病的基因特征和行为症状因具体病例不同而存在较大差异,正是这种变化性让科学家寻找有效治疗方式的努力备受挫折。在美国进行的一项新研究表明,孤独症最终可以实现个性化治疗,目标直指患者自身的神经细胞。

  美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)和萨克生物研究学院(Salk Institute)的一支研究小组设计了一种方式,用于研究孤独症患者的大脑细胞,同时也找到了一种途径,能够逆转与孤独症有关的神经元细胞异常。

  研究人员从患有严重孤独症——Rett综合症的患者身上提取皮肤活组织,并利用基因改造技术将皮肤细胞转化成多功能干细胞。多能干细胞能够分化成人体内的任何细胞,这取决于早期发育阶段的环境因素。研究人员将干细胞分化成功能性神经细胞,而后对它们的机能进行研究。根据他们的发现,Rett综合症患者的神经细胞出现一些异常,其中包括个头明显小于其他细胞体、更少的树突连接以及细胞间通讯减弱。

  通过利用一种实验性药物治疗这些来自患者的神经细胞,研究人员能够逆转细胞异常。这一研究发现赋予科学家一个用于确定孤独症以及其他大脑障碍疾病成因的强有力工具,同时也让他们拥有一条选择靶向治疗的途径。研究发现刊登在11日的《细胞》杂志上。

  研究论文第一作者、萨克生物研究学院的博士后研究员卡罗尔·马尔凯托(Carol Marchetto)表示:“我们用了两年时间完成这一项目,个性化治疗药物可能不再是一个遥不可及的梦想。在一名患者的一生之中,你可以从患者身上提取皮肤样本并获取一个重新编码的细胞,而后将这个细胞分化为一个神经细胞,最后寻找到可以用于治疗这名患者的药物。”

  Rett综合症的患者主要为女性,可严重影响患者的社交和沟通能力,在孩子学习走路和说话后不久,这种影响便显现出来。Rett综合症患者在呼吸和控制身体移动方面面临的难度越来越大,会诱发与其他孤独症类似的重复性和强迫性行为。

  马尔凯托将Rett综合症视为通往更广泛孤独症研究的一扇门,因为其他很多孤独症与Rett 综合症在行为和基因方面类似。

  绝大多数孤独症病例似乎都源于一系列遗传异常,但Rett综合症却由一个单一的基因突变引起,也就是存在于X染色体上的MeCP2基因。在女性身上,两条X染色体中有一条携带这种变异,在胎儿大脑发育过程中,一条染色体在每一个大脑细胞内被激活,这种激活表面上呈随机性。Rett综合症患者携带这一变异的大脑细胞比例存在差异,这种差异具体就表现为不同的病情严重程度上。

  为了能够在细胞层面上了解这一基因变异如何产生影响,马尔凯托和她的同事——加州大学圣地亚哥分校医学院分子与细胞医学系助理教授阿利森·穆特里(Alysson Muotri)从4名Rett综合症患者身上提取皮肤活组织,将皮肤细胞改造成多功能干细胞,经过在大量不同条件下进行实验,他们最终找到了一系列生长因子,能够让干细胞分化为功能性人体神经细胞。

  根据他们的研究发现,每一个来自患者的干细胞系能够产生不同比例的携带基因变异的神经细胞。这些存在缺陷的神经细胞无论是外观还是表现都与正常神经细胞存在差异,具体表现为更小的细胞体、更少的树突连接以及遭到削弱的细胞间通讯。

  研究人员利用类胰岛素生长因子iGF1作用于神经细胞,这种生长因子能够逆转老鼠的Rett综合症的行为症状。根据他们的研究发现,iGF1成功逆转了神经细胞内的孤独症生物学症状,恢复存在缺陷的神经细胞内的树突连接和细胞间通讯。研究人员计划利用同样的过程从更多Rett综合症以及其他孤独症患者身上获取神经细胞。

  美国贝勒医学院( Baylor College of Medicine)分子与人类遗传学助理教授杰弗里·尼尔(Jeffrey Neul)在老鼠身上进行Rett综合症研究,他指出动物模型允许科学家观察这种疾病对行为产生的影响,但这是一个需要投入大量时间和精力的过程。

  尼尔说:“这一研究领域急需基于细胞的化验手段,用于测试治疗性化合物。如果不能以更快的速度进行这项工作,研发新的药物势必面临相当大的难度。”

  马尔凯托和穆特里研发的方式只需3个月时间便可获得全功能性人体神经细胞。虽然这一速度与正常情况下的大脑发育速度类似,但研究人员仍在寻找加快这一过程的方式,以便能够更快获取大脑细胞并将其暴露在分子因子和药物化合物环境下。

  此外,这支研究小组同样计划“告别”皮氏培养皿,进行更深一步的研究,即在将皮肤细胞改造成神经细胞之后,观察神经细胞如何在活脑内工作。穆特里说:“我们能够做到的是将人类神经细胞植入老鼠大脑内,产生一个有些异想天开的人-动物混合模型。在此之后,我们将这些动物暴露在不同环境下,观察人类神经细胞如何受到影响。”

  多伦多大学分子遗传学教授詹姆斯·埃利斯(James Ellis)正在进行类似的研究,将患者的皮肤细胞改造成干细胞。埃利斯表示马尔凯托和穆特里的研究发现开辟了一个针对孤独症以及其他神经障碍的新试验场。他说:“在这个新试验场,我们要找到一系列问题的答案——孤独症形成需要哪些条件?由于不同的人会出现不同的变异和机制,这种差异又将给他们带来怎样的影响?”