复旦大学特聘教授Nature子刊突破性干细胞成果

　　

生物通报道  来自美国威斯康辛大学、复旦大学上海医学院等机构的研究人员，第一次将人类胚胎干细胞成功地转化成了神经细胞，帮助小鼠恢复了学习和记忆能力。这一突破性的成果发表在4月21日的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上。

文章的通讯作者是威斯康辛大学麦迪逊分校神经生物学家张素春（Su-Chun Zhang）教授，现受聘为复旦大学“****奖励计划特聘教授”。主要研究方向为干细胞研究领域，其曾在国际上首次利用人胚干细胞诱导出神经干细胞与运动神经元。

张素春教授说：“新研究第一次证明了，人类干细胞可以成功将自身植入到大脑中，治愈神经功能缺陷。”

“一旦进入到小鼠大脑中，植入的干细胞就会形成两种常见的、重要的神经元类型，它们分别与化学物质GABA或乙酰胆碱进行沟通。这两种神经元类型与多种人类行为、情感、学习、记忆、成瘾和许多其他的精神问题有关。”

在实验室中培育人类胚胎干细胞，利用化学物质促使胚胎干细胞发育成神经细胞。在过去的15年里，张素春教授这该领域的先锋人物。

在实验中选用的小鼠是一种不会排斥来自其他物种移植物的特殊品种。在研究的伊始，研究人员首先蓄意破坏了大脑中与学习和记忆相关的某一区域。在接受干细胞移植后，研究人员证实这些小鼠常规学习和记忆测试的评分明显更优。例如，它们更精于水迷宫测试。

张素春教授表示，三项措施是研究成功的关键：部位、定时和纯度。“发育中的脑细胞会得到来自其定位组织的信号，我们选择的大脑部位可以指导这些细胞形成GABA和胆碱能神经元。”

最初破坏的是一个称作为内侧隔核（medial septum）的大脑区域，其通过GABA和胆碱能神经元与海马相连。“这一环路是我们能够学习和记忆的基础，”张素春说。

研究人员将移植细胞植入到了这些记忆回路的另一端——重要记忆中心海马内。在植入到大脑中后，这些移植细胞响应来自大脑的化学指令，开始特化并与海马中的适当细胞相连接。

张素春说，这一过程有点类似于拆除一段电话线。如果你能找到正确的线路，你就能够给来自任何一头的置换电话线布线。

在这篇文章中，张素春教授和第一作者刘艳（Yan Liu，音译），利用化学方法引导人类胚胎干细胞开始分化形成神经细胞，然后将这些中间细胞注入到小鼠大脑中。通过局部特化引导细胞，避免了在小鼠体内形成不必要的细胞类型。

确保几乎所有的移植细胞都成为神经细胞至关重要，张素春说：“这意味着你能够预测其后代细胞将会是怎样，以及未来的治疗应用，因而可以减少注入干细胞形成肿瘤的机会。在许多其他的移植实验中，注入早期祖细胞可导致形成肿瘤。在我们的案例中没有发生这种情况，是因为移植细胞是纯粹的，被指定特殊命运的细胞，因而不会生成任何其他的东西。我们需要确保我们不会注入癌症的种子。”

通过细胞替代来修复大脑是干细胞移植的一个圣杯（Holy Grail），两种细胞类型对于脑功能均至关重要。张素春说：“胆碱能神经元与阿尔茨海默氏症和唐氏综合症相关，GABA神经元参与了许多其他的疾病，包括精神分裂症、癫痫、抑郁症和成瘾。”

虽然结果很诱人，干细胞治疗还不大可能立即产生效应。张素春指出“许多的精神疾病，你都还不知道是大脑的哪部分出现了问题。”新研究更有可能即刻应用于构建药物筛查和发现模型。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Medial ganglionic eminence–like cells derived from human embryonic stem cells correct learning and memory deficits

Dysfunction of basal forebrain cholinergic neurons (BFCNs) and γ-aminobutyric acid (GABA) interneurons, derived from medial ganglionic eminence (MGE), is implicated in disorders of learning and memory. Here we present a method for differentiating human embryonic stem cells (hESCs) to a nearly uniform population of NKX2.1+ MGE-like progenitor cells. After transplantation into the hippocampus of mice in which BFCNs and some GABA neurons in the medial septum had been destroyed by mu P75-saporin, human MGE-like progenitors, but not ventral spinal progenitors, produced BFCNs that synaptically connected with endogenous neurons, whereas both progenitors generated similar populations of GABA neurons. Mice transplanted with MGE-like but not spinal progenitors showed improvements in learning and memory deficits. These results suggest that progeny of the MGE-like progenitors, particularly BFCNs, contributed to learning and memory. Our findings support the prospect of using human stem cell–derived MGE-like progenitors in developing therapies for neurological disorders of learning and memory.

作者简介：

张素春

男，1963年出生，博士，教授，博士生导师。现为长江特聘教授。

1984年毕业于温州医学院，1989年于上海医科大学获人体解剖学硕士学位。1999年于加拿大萨斯卡奇温（University of Saskatchewan）大学医学院就读细胞生物学系，获博士学位。1996 年 至1999 年任职于美国威斯康新（University of Wisconsin）大学兽医学院医学系神经再生研究室博士后。2006 年3月 至今任复旦大学上海医学院解剖和组织胚胎学系教授，生物医学研究院PI，长江特聘教授。科研成果：1987 年获中国科学院（上海）青年优秀论文比赛二等奖（题目：中枢神经髓鞘形成的研究）。1991 年被评为上海医科大学优秀教师。1991 年获上海市科学技术完成奖（题目：中枢神经髓鞘形成， 脱髓鞘，和髓鞘再生的研究）。1992 年获上海市科学技术进步二等奖（题目：中枢神经髓鞘形成， 脱髓鞘，和髓鞘再生的研究）。1993 年获国家科学技术完成奖（题目：中枢神经髓鞘形成， 脱髓鞘，和髓鞘再生的研究）1995 年为International Journal of Developmental Neuroscience特邀编辑。2002 年获美国迈迪逊市（Madison）最佳科学家奖。2005 年为美国国会关于干细胞研究听证会证人。2006 年主编Human Embryonic Stem Cells。2007 年Panelist, NIH Blueprint on Neuroscience Research Workshop. 2008 年Consultant to F.D.A. on Biologics Evaluation and Research、 Royan International Award for Stem Cell Research. 研究方向:胚胎干细胞。在研课题：上海市重大项目、国家973计划子项目及国家863合作项目等课题。