用于形成神经细胞的人神经干细胞显微图
人神经干细胞的 Nestin 染色(红色)与细胞核染色(蓝色)。(Yirui Sun / Wellcome Collection;CC BY 4.0)

患者细胞模型需要回答不同的研发问题

希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学(Aristotle University of Thessaloniki)等机构研究者在 Cells 发表综述,讨论肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)患者来源诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)怎样支持药物研发。文章覆盖运动神经元、胶质、多细胞三维体系和散发性患者队列,并回顾进入临床的候选。

患者细胞保留遗传背景,能够连接基因、细胞表型与药物反应。ALS 的不同遗传亚型既有各自特征,也涉及蛋白稳态、RNA 调控、线粒体、兴奋性和胶质炎症等共同过程。

作者提出按研发阶段分配模型:早期寻找可重复的药物反应,随后判断不同患者背景的反应,再确认较完整的细胞功能与实际暴露。每一阶段需要的通量、细胞构成和检测终点有所不同。

神经肌肉连接让功能检测从神经元扩展至运动单位

三维运动单位模型把运动神经元与肌肉组织结合,可观察轴突生长、神经肌肉连接和肌肉收缩。部分芯片用光遗传刺激神经元,再记录由神经活动引起的肌肉运动。

综述列举的患者模型表现出连接形成减少、收缩减弱和肌肉应激。有的体系加入星形胶质或小胶质细胞,以研究其他细胞怎样影响神经元;另有装置把内皮屏障与神经培养结合。

这些体系为二级确认提供不同功能条件。作者认为,二维培养适合较大规模初筛,神经肌肉连接、三维组织和灌流体系则可选择性地检验候选在多细胞及组织环境中的作用。

大规模患者队列用于识别反应差异

散发性 ALS 占多数,患者之间的细胞表型和药物反应差别较大。综述讨论大型 iPSC 资源及带有分子、临床注释的队列,用于量化遗传背景以外的差异。

一项包含 100 名散发性患者的细胞库,比较神经元存活、神经突起和药物反应。综述引用的研究报告,既往临床失败的多数候选也没有改善该体系的退化表型,而利鲁唑表现出较小的保护作用。

该研究还探索联合用药,以扩大不同细胞系中的反应覆盖。综述将其用于说明患者分层的潜力,并强调把细胞组成、批次、分化效率和分子特征一并纳入分析,后续需要继续与患者资料对应。

临床候选提供机制与结局之间的实际检验

综述回顾依佐加滨、罗匹尼罗和博舒替尼等由患者细胞研究支持的临床项目。依佐加滨相关试验确认了神经兴奋性的变化,为电生理作为药效指标提供了例子。

罗匹尼罗早期试验纳入了反向转化研究:从参与者获得 iPSC,比较体外药物反应与患者资料。开放延长期和分泌囊泡蛋白分析提供了进一步线索,但这些探索性关系仍需更大研究确认。

文章也讨论 C9orf72 反义寡核苷酸项目的失败。体外减少 RNA 病理和改变靶点相关信号后,临床仍未获得预期获益。作者建议把下游神经功能、给药时点与生物标志物共同纳入后续验证。

年龄、病程与脑暴露影响模型结果的转化

iPSC 重编程会重置许多年龄相关状态,所得神经元常较年轻。直接转化、延长培养和诱导老化可补充不同问题,同时各自引入通量、批次或非生理应激方面的取舍。

培养中的早期表型干预,与已经出现明显神经元损失的患者治疗,可能处于不同病程。综述因此讨论更早的遗传及生物标志物驱动试验,以及利用患者病程信息完善模型设计。

常规二维和部分三维体系还缺少药物穿过血脑屏障、外周免疫及肌肉反馈等条件。作者建议在适当阶段加入屏障与微生理系统,检测可达到的药物浓度、靶点作用和细胞功能之间的联系。

用临床资料完善患者细胞模型

作者把临床、细胞和分子资料之间的往返比较作为后续重点。可在患者队列中寻找反应亚群,再回到相应细胞模型检查机制和候选组合,帮助提出后续分层假设。

神经丝轻链等患者可测指标为连接实验与临床提供机会。综述也指出,神经突起、生存和线粒体等常见培养终点,与功能评分、呼吸或长期存活仍处于不同观察层级,需要建立具体关联。

文章最终提出一个按问题分配模型的框架:二维培养用于初筛,大队列量化反应异质性,复杂运动单位确认功能,屏障和灌流模型评价暴露。这个框架属于作者的研发建议,后续价值取决于可重复的结果及与真实患者结局的对应。

来源与延伸阅读

  1. From Dish to Trial: Building Translational Models of ALS. Cells (2026). ↗