人神经干细胞分化所得神经元的荧光显微图。
人神经干细胞分化所得神经元的荧光显微图。(Yirui Sun / Wellcome Collection;CC BY 4.0)

先把胰岛素信号状态作为模型条件

胰岛素信号参与脑内能量利用与神经元存活。卢森堡大学(University of Luxembourg)团队在 Movement Disorders 报道,用 GBA1-N370S 杂合突变帕金森病患者和健康供者的诱导多能干细胞来源中脑类器官,研究信号状态怎样影响疾病表型及药物反应。

研究比较了胰岛素抵抗与较敏感两种培养条件。前者相当于作者所述的常用培养条件;后者降低胰岛素供应,用于考察信号状态变化对同一来源模型的影响。

降低培养液胰岛素未恢复所有疾病指标

在抵抗条件下,疾病模型的酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase,TH)阳性多巴胺神经元相关面积及多巴胺水平低于健康模型。改为较敏感条件后,健康模型的 TH 阳性指标增加,疾病模型没有出现同样恢复;两类来源的总体凋亡事件则均减少。

脂质变化也有不同层次。研究没有检测到疾病模型总神经酰胺或己糖基神经酰胺增加,却发现 C14、C16 脂肪酸骨架相关成分的相对比例较高;较敏感条件下,这些成分较低。胆固醇酯和部分膜磷脂也随信号状态变化。

转录与布尔模型提出 FOXO1 相关假设

两类来源的胰岛素信号相关基因表达可分开聚类,FOXO1 和 FOXO3 是其中存在显著差异的下游效应因子。研究进一步核对既有患者脑研究列出的 29 个 FOXO1 靶基因,在本模型中有 9 个表达升高。

团队还把转录资料用于概率布尔建模,模拟 AKT1 受抑、FOXO1 持续活跃的状态。模型预测能量不足、胰岛素信号进一步恶化、α-突触核蛋白累积及神经元死亡。这些预测随后用于提出干预假设。

针对 FOXO1 的反义寡核苷酸干预后,疾病类器官的多巴胺神经元指标和多巴胺水平增加,凋亡减少。这一结果支持 FOXO1 参与上述模型表型。

两种降糖药的神经元结果不同

小分子比较采用 10 μM 吡格列酮与 500 μM 二甲双胍,从类器官培养第 2 天持续至第 60 天,并与各自溶剂对照及未处理疾病模型比较。TH 阳性面积按细胞核染色面积归一化,多巴胺在培养上清检测;总体凋亡用末端脱氧核苷酸转移酶介导的 dUTP 缺口末端标记(terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling,TUNEL)评价。

二甲双胍没有显著增加多巴胺神经元相关指标或多巴胺水平;吡格列酮则显著提高这两项。作者报告两药处理后总体细胞死亡减少,但原图中,两药的 TUNEL 阳性面积与各自溶剂对照均无显著差异;吡格列酮与未处理疾病模型的比较为 P = 0.055。

中脑类器官含有多类细胞。作者提出,二甲双胍对总体死亡的影响可能更多涉及其他神经元或胶质细胞;这一解释仍需细胞类型层面的进一步验证。

遗传亚型影响药物研究的适用范围

作者根据二甲双胍的不同终点结果,提出混合细胞模型中的药物作用可能具有细胞类型差别。多巴胺神经元相关面积、上清多巴胺和总体凋亡由不同检测分别评价。

作者还将结果与既往吡格列酮临床试验未继续进入 3 期的情况对照,认为需要按疾病亚型研究药物反应。本研究的线索来自 GBA1-N370S 相关中脑类器官,后续需检验这些结果能否在其他来源中重复。

来源与延伸阅读

  1. Insulin Resistance Is a Modifying Factor for Parkinson's Disease Movement Disorders. 2024. doi:10.1002/mds.30039 ↗