莱顿大学医学中心的楼宇、荷兰国旗与入口前草地
Leiden University Medical Center,2025 年(Sneeuwvlakte / Wikimedia Commons;CC BY-SA 4.0)

患者来源模型用于比较药物反应

肌萎缩侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)会损伤运动神经元,也涉及周围胶质细胞。2015 年发表于 Cell Cycle 的这篇观点文章回顾了干细胞模型的发展,关注这些体外模型怎样帮助寻找治疗分子。

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)能提供患者来源的分化细胞,用于观察遗传背景与神经元变化。文章分别讨论家族性与散发性病例,并解释神经元内部变化和邻近细胞的作用,为选择药物筛选指标提供背景。

药物筛选分别观察细胞存活与电活动

在 SOD1 相关模型中,文中首先介绍以小鼠胚胎干细胞来源运动神经元开展的筛选。Kenpaullone 改善了细胞存活,单细胞成像还显示突变 SOD1 和泛素相关信号下降。该例的主要筛选任务是提高运动神经元存活。

患者来源 SOD1 突变运动神经元则表现出存活下降、神经突退变、细胞体变小或线粒体形态异常等特征。部分研究以修复致病变异的同基因背景细胞作对照,使观察到的差异更容易与特定变异联系起来。

另一类检测关注神经元的自发电活动。文中引用的工作中,患者细胞兴奋性过高,Kv7 钾通道激活剂瑞替加滨(retigabine)能够降低这种异常。这与改善细胞存活的筛选例子使用不同指标,也为根据具体表型选择药物提供了思路。

蛋白定位和轴突运输提供其他观察指标

TDP-43 相关模型显示出蛋白分布异常、不可溶蛋白增加及轴突运输受损等变化。作者介绍的药物研究中,anacardic acid 改善了应激条件下的细胞存活与神经突长度,并改变部分异常的蛋白及基因表达。

文中还讨论了通过促进自噬改善 TDP-43 核内定位的研究;定位改善伴随部分模型的神经元存活增加。作者据此提出进一步研究相关干预的价值,同时指出 TDP-43 异常如何导致神经元退变仍有未解之处。

C9ORF72 模型的电生理结果并不一致

在 C9ORF72 重复扩增模型中,不同研究对兴奋性的报告并不一致:Wainger 等报告总放电率升高,Sareen 等则报告兴奋性下降。作者提出,细胞可能先经历高兴奋阶段,随后部分易受损神经元死亡,从而改变剩余群体的表现。这是对差异的可能解释。

药物和核酸干预也针对不同终点。文中一些 C9ORF72 模型的高兴奋性可被瑞替加滨降低;反义寡核苷酸(antisense oligonucleotides,ASOs)则被用于改变异常基因表达并减少 RNA 聚集灶。不同干预的作用需要结合各自检测指标理解。

散发性病例更依赖供者与对照的选择

散发性 ALS 缺少单一已知致病变异,患者细胞与对照细胞之间的差别可能来自其他遗传背景。作者指出,这类研究需要纳入更多供者,判断观察到的变化是否稳定与疾病相关。

文章介绍的散发性病例模型,在细胞核中出现 TDP-43 聚集,相关供者的尸检组织也有对应表现。以这些细胞开展的小分子筛选发现了地高辛(digoxin)等强心苷类候选分子。这里的价值是用患者模型的具体表型进行筛选,后续治疗作用仍需进一步研究。

共培养模型呈现胶质细胞对神经元的影响

共培养研究显示,部分 SOD1 突变胶质细胞可通过分泌因素影响运动神经元存活。另有成人 ALS 患者来源星形胶质细胞的研究,将神经元死亡与 RIP1 相关的程序性坏死(necroptosis)联系起来;necrostatin-1 等干预改善了细胞存活。

这些结果并不在所有来源中一致。文中 TDP-43 突变 iPSC 来源星形胶质细胞虽然自身出现异常,却未在相关共培养实验中诱发运动神经元毒性;不同研究对炎症反应的观察也有差异。作者因此提出,需要比较不同胶质细胞来源及作用机制。

成熟度、应激条件与药物组合仍需检验

作者指出,许多干细胞分化细胞相对未成熟,而 ALS 通常在成人期发病。部分表型要在额外应激后才出现,需要进一步区分疾病过程、培养影响和细胞成熟程度。不同细胞系甚至同一细胞系的不同传代,也可能具有不同分化表现。

文章提出探索同时干预神经元和胶质细胞的药物组合,但没有将协同作用视为既定结果。不同靶点是否属于相同通路、是否能穿过血脑屏障,以及在不同基因背景中能否保持作用,都是作者提出的后续问题;更大患者群体仍需用于检验这些模型发现。

来源与延伸阅读

  1. A perspective on stem cell modeling of amyotrophic lateral sclerosis. Cell Cycle. 2015. doi:10.1080/15384101.2015.1093712 ↗