
2 位患者的细胞,用来观察早期皮层发育
1 型强直性肌营养不良(myotonic dystrophy type 1,DM1)也会影响认知与神经功能。加州大学圣迭戈分校(University of California San Diego)等团队在 Science Translational Medicine 报道患者来源的皮层类器官,并用具体药物检验神经元损伤的治疗假设。
研究使用 2 位患者的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPSC),其 DMPK 基因中的 CTG 重复分别约为 600 和 1,200 次,记作 DM600、DM1200;另有 2 位神经发育正常个体的细胞作对照。患者与对照来自不同供者,未作同基因背景配对。
类器官的目标是模拟发育中的人类前脑。研究在分化后的不同月份比较细胞组成、谷氨酸和神经活动,因而能把早期异常与随后出现的细胞减少联系起来;时间轴记录的是类器官的体外培养月龄。
这种取材方式允许在患者的遗传背景中比较药物反应。解释患者模型与正常对照的差异时,仍需考虑不同供者的遗传背景。
谷氨酸和神经活动先升高,神经元随后减少
2 个月时,患者模型的神经元比例与对照尚较接近。到 4 个月,神经元标志 HuC/D 阳性细胞在对照约占 80%,DM600 和 DM1200 则分别约为 47.8% 和 25.3%。6 个月时,皮层兴奋性神经元标志所对应的细胞也明显减少。
团队测量培养液中的谷氨酸:DM1200 在 2 个月、DM600 在 4 个月出现较高水平,之后下降。后期数值下降时,神经元已减少,释放信号的细胞基础也随之变化。
微电极阵列(microelectrode array,MEA)记录显示,患者模型的局部场电位幅度在 2、4 个月较高,随后明显减弱。神经放电也出现类似的先增后降趋势,支持研究者进一步检查兴奋性过强是否参与损伤。
谷氨酸测量、电活动和神经元计数分别描述代谢信号、神经活动与细胞组成,结合这些结果可以观察异常出现的先后顺序。
MECP2 通路比较为右美沙芬处理提供机制线索
研究发现,患者类器官中多条调控神经兴奋性的通路改变,包括调节神经元基因表达的 MECP2 活化相关磷酸化减少;部分变化也见于患者脑组织。这提示疾病可能涉及兴奋性调控失衡。
另一个 MECP2 缺失类器官模型也出现皮层神经元减少和谷氨酸升高。这个比较提供了共通机制线索,不同疾病和供者背景下的具体病理过程仍有差别。
团队因此测试 N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体拮抗剂。选用的是氢溴酸右美沙芬,所检验的问题是:降低相关兴奋性刺激,能否减轻患者模型随时间出现的损伤。
从 1 个月开始处理,改善没有覆盖全部表型
类器官从分化后 1 个月开始持续接受 10 μM 氢溴酸右美沙芬,研究随后在 2、4、6 个月比较处理与未处理条件。起始时间早于明显神经元减少,属于早期干预设计,晚期损伤逆转尚未检验。
处理降低了患者和 MECP2 缺失模型中过高的细胞外谷氨酸。图注注明,一次测量合并 30 个类器官,每种基因型及处理条件有 3 个重复;这个分母描述的是培养与测量安排,不是患者人数。
6 个月时,右美沙芬处理的患者模型中,TBR1、CTIP2 所标记的皮层神经元增加。正文报告 2 条患者细胞线均有这一方向的改善,不过存活神经元的整体形态仍不同于对照,表明单一干预未消除全部异常。
谷氨酸减少和神经元标志阳性细胞增加,支持干预兴奋性损伤机制的研究思路。研究还比较了 6 个月 DM1 类器官在有、无右美沙芬处理时的局部场电位幅度;这一终点仍不足以证明神经网络功能已全面恢复。
患者背景有价值,模型的发育阶段也构成限制
对药物研究而言,这个体系提供了可追踪的时间窗口:比较异常出现的先后顺序,再检验早期处理是否改变后续神经元表型。
适用范围仍较窄。2 位患者不足以覆盖重复扩增长度、性别和其他遗传修饰的差异;类器官缺少部分免疫细胞,成熟度也低于真实人脑,难以代表成人疾病的全部进展。
后续研究需要增加患者背景,并分别检验处理时间、功能恢复与安全性。现有结果支持继续研究谷氨酸相关干预。