利用MUSE干细胞定向分化为GABA能、谷氨酸能、多巴胺能神经元及星形胶质细胞：神经退行性与精神疾病建模的新策略

本研究针对神经退行性与精神疾病研究中神经组织获取困难及现有模型局限性问题，利用非致瘤性、耐应激的MUSE干细胞，开发了高效定向分化方案，成功获得GABA能、谷氨酸能、多巴胺能神经元及星形胶质细胞，为研究精神分裂症、双相障碍、阿尔茨海默病等疾病的细胞机制提供了生理相关性更强的体外模型，显著推进了靶向治疗开发并减少了对动物模型的依赖。

　　

神经退行性疾病和精神障碍的研究长期受限于人脑组织的难以获取以及现有体外模型的不足。传统诱导多能干细胞(iPSC)模型存在遗传变异性和残留表观遗传记忆等问题，而动物模型又不能完全模拟人类神经系统的复杂性和疾病特异性。这些局限性促使科学家寻找更可靠、更贴近人体生理的替代模型。在这一背景下，MUSE细胞(多向分化应激耐受细胞)作为一种非致瘤性、耐应激的干细胞群，展现出独特优势：它们天然表达NANOG、OCT3/4、SOX2等关键多能性标志物，能自发分化为三胚层细胞，且具有向损伤组织归巢和避免免疫排斥的特性，成为疾病建模和再生医学的理想工具。

本研究聚焦于利用MUSE细胞建立神经前体细胞(NPCs)分化体系，旨在开发高效、可重复的定向分化方案，获得GABA能、谷氨酸能、多巴胺能神经元及星形胶质细胞，从而为研究精神分裂症、双相障碍、阿尔茨海默病等疾病中特定神经谱系功能障碍提供细胞模型。这一策略不仅增强了模型的生理相关性，还有助于揭示神经发育早期异常在疾病发生中的作用，推动靶向治疗策略的开发。

研究人员采用了几项关键技术方法：首先通过磁激活细胞分选(MACS)从皮肤基质细胞中分离SSEA-3阳性的MUSE细胞；其次利用悬浮培养和poly-HEMA涂层富集MUSE细胞；进而通过系列诱导培养基（包括Neural Induction Medium 1、2和Neural Progenitor Medium）驱动神经分化；最后借助免疫细胞化学(ICC)和RT-qPCR对分化细胞进行表型和基因表达验证。所有实验均使用人皮肤活检来源的细胞，经伦理委员会批准（协议号0013954/i），并遵循严格体外操作规范。

Isolation and characterization of Muse cells from skin stromal cells

研究人员成功从皮肤基质细胞中分离出MUSE细胞，其在悬浮培养中形成细胞簇，并高表达SSEA-3（阳性率从分离前的3.6%提升至87%）。免疫细胞化学证实这些细胞表达OCT3/4、SOX2和NANOG等多能性标志物，确认其干细胞特性。

Neural differentiation protocols applied to MUSE cells

通过阶段式诱导方案，MUSE细胞成功分化为神经前体细胞，并在低吸附培养中形成神经球。

这些前体细胞进一步分化为GABA能、谷氨酸能神经元（显示独特树突形态）、星形胶质细胞（呈星形）和多巴胺能神经元（具长分支树突）。

Validation of neuronal and astrocytic differentiation through marker analysis

免疫细胞化学分析证实分化细胞表达谱系特异性标志物：NESTIN（神经前体细胞）、MAP2和TUBB3（神经元）、GABA（GABA能神经元）、TH（多巴胺能神经元）、GLS和VGLUT1（谷氨酸能神经元）、GFAP和S100-B（星形胶质细胞）。定量显示分化效率高：78%为定向神经元（其中GABA能占34%、谷氨酸能占49%、多巴胺能占26%），68%为星形胶质细胞。

Gene expression analysis of differentiated MUSE cells

RT-qPCR分析显示分化细胞中神经谱系标志物显著上调：TUBB3、NEFH、MAP2（神经元）、GAD1、GAD2（GABA能神经元）、GLS、VGLUT1（谷氨酸能神经元）、DAT、TH（多巴胺能神经元）、GFAP、S100-B、SOX9、APOE（星形胶质细胞），进一步验证分化成功。

DISCUSSION

研究强调神经前体细胞(NPCs)在疾病建模中的独特价值——其高可塑性和增殖能力能更好地模拟神经发育和退行动态，尤其适用于研究精神分裂症、双相障碍、阿尔茨海默病和帕金森病等疾病中前体细胞功能障碍的机制。相比iPSC模型，MUSE细胞避免了遗传变异和表观记忆问题，提供了更稳定、生理相关的平台。尽管分化细胞表达了成熟标志物，但未来需进一步评估其功能特性（如电生理），并探索3D类器官和体内研究以增强生理相关性。

该研究建立的定向分化协议不仅为研究神经谱系规范、早期发育异常及疾病机制提供了可靠模型，还为筛选靶向治疗、减少动物实验提供了伦理且高效的途径，有望显著推动神经精神疾病研究从基础向临床的转化。论文发表于《Molecular Psychiatry》，体现了其在精神疾病分子机制研究中的重要贡献。