基因修饰的神经干细胞治好了大鼠的重型脊髓损伤

最近，香港城市大学研究小组在利用基因修饰的人类神经干细胞(hNSCs)治疗脊髓损伤方面取得了重大进展。他们发现，在hNSCs中特异性地将某一基因表达调节到一定水平，可以有效地促进受损神经回路的重建，恢复运动功能，为脊髓损伤患者提供新的治疗机会。

　　

创伤性脊髓损伤是一种毁灭性的疾病，通常由跌倒、车祸或运动相关损伤等事故引起。具有长轴突的脊髓神经元在大脑和身体其他部位之间传递信号，控制我们的运动和感觉知觉方面发挥着关键作用。脊髓损伤对神经元和轴突造成不可逆损伤，显著阻断信号传递，从而导致运动和体感觉功能缺陷。

“目前，脊髓损伤患者没有有效的临床管理或治疗方案，往往使他们终身残疾，”城市大学神经科学系助理教授、该研究的联合负责人Jessica Liu Aijia教授解释说。“虽然最近在通过移植人类诱导多能干细胞衍生的hNSCs促进脊髓再生方面取得了进展，但所获得的功能恢复程度并不高。这在很大程度上是由于病变部位周围的恶劣微环境，例如称为星形胶质瘢痕的屏障样结构的形成以及成人中缺乏用于神经元分化的神经营养因子。这些因素阻碍了功能性神经元再生，导致修复时间延长，功能恢复有限。”

在以往的研究中，有报道称SOX9基因在损伤部位高水平表达，该基因本身是神经胶质瘢痕形成和阻碍神经元存活和分化的主要原因。为了克服损伤后微环境的不利影响，联合研究小组对移植的神经干细胞进行了改造，使SOX9逐渐减少了约50%。

表达半剂量SOX9的转基因hNSCs在恶劣微环境中移植后具有强大的神经元分化和成熟(神经系统中未成熟细胞成为特化神经细胞的过程)，促进脊髓神经回路在较短时间内重建。它还显著减少了胶质疤痕的积累，促进了远距离轴突的生长。研究小组在移植后3个月记录到大量轴突延伸超过35mm，而未修饰的神经干细胞的轴突数量相对较少，延伸较短，仅为25mm。

为了进一步探讨修饰的hNSCs对脊髓损伤的治疗作用，研究小组采用重型脊髓损伤大鼠模型，评估移植后的运动恢复情况，包括网格行走和连续行走。前者记录肢体协调能力，比如以正确的位置抓住栅格的能力，后者记录行走模式，以展示它们的步态和指尖运动能力。

与未修饰的hNSCs相比，SOX9基因修饰的hNSCs移植的大鼠在损伤后10周将其受影响的后爪放置在网格上的表现要好得多，错误的步骤更少。此外，这些接受治疗的大鼠在走过一米长的狭窄走廊时，表现出良好的步态，脚爪位置清晰，脚趾运动自如。

“我们的研究结果揭示了一个新的治疗方向，通过使用转基因策略来改变移植物在损伤后对体内有害微环境的反应，提高细胞对生态位的耐受性和自我分化潜力。这为修复受损脊髓带来了新的治疗方向。这种hNSCs的基因修饰，特别是那些来自患者特异性人类诱导的多能干细胞的基因修饰，可以从患者的皮肤或血细胞中产生，消除了使用胚胎干细胞的伦理问题，并最大限度地降低了免疫系统排斥的风险。它为严重创伤性脊髓损伤提供了一种更有效的自体干细胞疗法。”

Jessica Aijia Liu, Kin Wai Tam, Yong Long Chen, Xianglan Feng, Christy Wing Lam Chan, Amos Lok Hang Lo, Kenneth Lap‐Kei Wu, Man‐Ning Hui, Ming‐Hoi Wu, Ken Kwok‐Keung Chan, May Pui Lai Cheung, Chi Wai Cheung, Daisy Kwok‐Yan Shum, Ying‐Shing Chan, Martin Cheung. Transplanting Human Neural Stem Cells with ≈50% Reduction of SOX9 Gene Dosage Promotes Tissue Repair and Functional Recovery from Severe Spinal Cord Injury. Advanced Science, 2023; 10 (20)