Cell Stem Cell︱突破！体内短暂重编程可促进新皮层扩张并防止神经退行性变

学术 2024-11-28 00:00 上海

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撰文︱罗聪

责编︱王思珍

Yamanaka因子（YFs）是一组转录因子，包括Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc（以下简称为OSKM），其在体细胞重编程为多能状态中具有重要作用。已有研究证实通过部分激活可以在体内安全地表达YFs，在外周组织中间歇性激活YFs可保持细胞特性并增强再生，而不会引发癌症。YFs已被证实能够逆转哺乳动物组织中的一些衰老特征，但它们对大脑的影响仍然大部分尚未被发现。近期研究发现YFs可以在神经元中诱导表观遗传修饰，并促进损伤后的轴突再生。然而，在神经退行性疾病的背景下，YFs在成熟神经元中的应用仍未被探索。

近日，西班牙巴塞罗那大学Albert Giralt团队和Daniel del Toro团队联合德国马普所R€udiger Klein团队在Cell Stem Cell上发表了题为“Expansion of the neocortex and protection from neurodegeneration by in vivo transient reprogramming”的研究论文，该研究在小鼠大脑发育和神经退行性变两个阶段以受控的时空方式诱导YFs表达。胚胎期YF诱导导致前体细胞扩增、上皮皮层神经元和胶质细胞数量增加，以及成年小鼠的运动和社交行为增强。在5xFAD小鼠模型中YF诱导阻止了AD相关标志性特征的发展。这些结果突显了YFs对神经增殖的强大影响力及其在脑部疾病中的应用潜力。

为了研究在发育过程中YF诱导的影响，作者建立了一种体内瞬时重编程协议利用i4F-Rosa小鼠实现YF的系统性表达（图1A）。通过持续4天在怀孕雌性动物的饮水中给予多西环素（Dox）来诱导YFs（胚胎日[E]10.5–E14.5），并采用RT-qPCR确认了Dox依赖性的多顺反子OSKM mRNA表达（图1A）。与同窝对照（野生型[WT]）相比，i4F-Rosa胚胎在经过处理后出现大脑增大以及生发层显著延长（图1B-C）。针对Pax6和Sox2的免疫染色显示顶端祖细胞（APs）的扩增（图1D），但是单细胞水平的Pax6强度却降低（图1E），这表明YF诱导可能会扰乱细胞身份。鉴于i4F-Rosa胚胎的存活因肝脏造血受损而受到影响，作者降低了诱导所用Dox浓度。类似地，中等YF诱导也导致了脑室区（VZ）的扩大，但并未出现祖细胞中Pax6丧失（图1F）。值得注意的是，Pax6+和Sox2+单阳性和双阳性+祖细胞在富含神经元的层（中间区[IZ]和皮层板[CP]）中的丰度显著更高（图1G）。胚胎存活同样因造血受损受到影响，作者进一步降低了Dox浓度，获得了可存活胚胎。低度YF诱导导致脑部和身体重量增加（图1H），组织学分析显示脑室周长增加，生发区变薄（图1I和1J）。Pax6在祖细胞中的表达得以保留，并且在神经富集层中Pax6+和Sox2+前体细胞增加（图1J）。EdU检测表明生发区细胞增殖增加（图1K）。这些结果表明YF诱导可以扰乱细胞身份并在发育过程中促进增殖。

图1. 瞬态YF诱导扰乱细胞身份并促进增殖。