原创示意图分别显示 Dravet 细胞模型中 CBD 对 GABA 能与谷氨酸能神经元兴奋性的不同影响,以及 PMDS 模型中候选干预后的兴奋性突触功能改善。
Dravet 与 Phelan–McDermid 综合征患者神经元的药理反应示意。CBD 为大麻二酚,GABA 为 γ-氨基丁酸,IGF-1 为胰岛素样生长因子 1。(NAMs China)

患者神经元的电活动和突触表型

2020 年底,K. R. Sabitha 等在 Neuroscience & Biobehavioral Reviews 首次在线发表综述,讨论患者诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)模型中的罕见神经发育病表型与治疗研究。

其中 Dravet 综合征(Dravet syndrome)与 Phelan–McDermid 综合征(Phelan–McDermid syndrome,PMDS)的药理案例,分别以不同类型神经元的电活动和兴奋性突触功能作为体外药物处理后的观察对象。

Dravet 模型按神经元类型比较药物反应

综述所列的不同 SCN1A 变异及神经元群表现不同:部分模型中的谷氨酸能神经元钠电流增加、兴奋性过强;另一些模型中的 γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)能神经元则出现钠电流和动作电位减弱,体现抑制功能下降。

在药物处理方面,综述转述的一项特定患者来源细胞实验中,苯妥英抑制了持续钠通道激活相关的过度兴奋。

另一个例子是大麻二酚(cannabidiol,CBD)。在综述所列细胞研究中,CBD 增强 GABA 能神经元的兴奋性,并在较低浓度下抑制谷氨酸能神经元的兴奋性。

PMDS 模型检测兴奋性突触功能

PMDS 患者 iPSCs 来源神经元呈现 SHANK3 表达降低和兴奋性突触传递受损。AMPA 和 NMDA 这两类谷氨酸受体介导的电流较小,而 GABA 诱发的电流幅度没有变化。

在候选干预部分,综述介绍胰岛素样生长因子 1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)处理增加突触中的谷氨酸受体,并改善兴奋性突触传递的研究。作者还列举 Akt 激活或 CLK2 激酶抑制改善突触缺陷的不同研究。

药理结果还取决于供者和细胞状态

综述指出,罕见病的患者来源材料有限,特定基因型的大样本模型难以建立。遗传背景、克隆差异,以及重编程和培养中的表观遗传变化,都可能影响细胞表型。作者讨论以同基因背景对照减少差异,同时提醒建立这类对照时可能出现非预期变异。

部分 iPSC 衍生细胞的成熟不足,也限制了对疾病后期变化的研究。作者把扩大患者来源样本、建设覆盖主要基因型的细胞资源库,以及在二维和三维模型中继续检验患者特异的药物反应,列为后续研究方向。

来源与延伸阅读

  1. Sabitha KR, Shetty AK, Upadhya D. Patient-derived iPSC modeling of rare neurodevelopmental disorders: Molecular pathophysiology and prospective therapies. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2021;121:201–219. First online 2020-12-25. ↗

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