基于诱导性多能干细胞和基因组编辑技术的帕金森病治疗体系

Parkinson's disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder, which is caused by loss of dopaminergic neurons, and consequently, reduction of dopamine in the striatum. So far, there's no effective and curable treatment for PD. Cell replacement therapy represents a promising way, but is hampered by limited cell source. Here, we propose to use an episomal vector-based reprogramming methodology to generate the genomic non-integrative PD patient specific induced pluripotent stem cell (iPSC). The genetic mutations in the generated iPSC will subsequently be gene-corrected with Helper-dependent adenoviral vector (HDAdV) approach we recently developed. By directed differentiation, transplantable neural progenitor cells will be obtained and used to examine their potentials in rescuing the PD phenotypes in rodent animal models. Our proposal will result in advanced understanding of PD pathogenesis as well as novel approach of using PD patient-specific iPSC for personalized medicine.

帕金森病（Parkinson's disease, PD）是常见的中老年神经退行性疾病，以中脑黑质多巴胺神经元变性为主要特征。发展向病变组织移植健康的神经细胞的治疗方法是再生医学的重要目标之一。然而,目前PD的细胞治疗方案尚缺乏临床上稳定可靠的细胞来源。在本项目中,申请人提出利用非整合型附着体载体，建立若干携带不同家族性PD相关遗传点突变的诱导性多潜能干细胞系（Induced pluripotent stem cell, iPSC）。然后，通过辅助病毒依赖的腺病毒载体(Helper-dependent adenoviral vector, HDAdV)介导的基因组编辑技术在iPSC中矫正PD的遗传点突变。进而，将遗传矫正后的iPSC定向分化为功能性多巴胺神经前体细胞，最终用于动物移植实验。本项目致力于探索和完善神经细胞移植治疗PD的技术体系，必将对PD的研究和治疗提供新型思路和技术保障。

帕金森病(Parkinson’s Disease, PD)是一种在老龄群体中高发的中枢神经系统退行性疾病。揭示帕金森病的分子机理，探索衰老因素在其发生发展中的作用，并寻找有效的分子靶标将极大地促进帕金森病的早期诊断、预防与发病后的干预治疗。.研究人员首先向携带帕金森病致病基因LRRK2 (G2019S)突变的患者皮肤细胞中导入三个“多能性因子”，从而在体外获得疾病特异的诱导性多能干细胞（iPSC）。这些iPSC在实验室中进一步定向分化为目前无法从患者颅内直接获取的功能性神经干细胞及多巴胺神经元。通过对这些“患者来源的神经细胞”进行细致的研究，研究人员等发现LRRK2 (G2019S)突变的神经干细胞表现出一系列与“衰老”相关的退行性表型，如对细胞内泛素化蛋白聚集诱导的凋亡更加敏感，以及随着体外培养时间延长其克隆式生长及向神经元定向分化等“干性”特征逐渐消失等。有趣的是，随着体外传代次数的增加，携带基因突变的神经干细胞表现出明显的核膜异常，如核纤层蛋白组成和核膜结构的改变。为了验证这些新型病理特征与帕金森病致病基因LRRK2突变之间的分子联系，研究人员通过HDAdV介导的基因打靶技术原位矫正了患者干细胞中的LRRK2 (G2019S)突变。实验结果表明，矫正后的神经干细胞消除了帕金森病相关的疾病表型。相反，利用打靶技术在正常人胚胎干细胞中定向敲入LRRK2 (G2019S)突变（即体外人工创造出帕金森病胚胎干细胞）则导致疾病相关表型的出现。更为重要的是，通过对临床帕金森病人死后脑组织的海马区（人神经干细胞所在部位）进行分析，可见该区神经源性细胞存在广泛的核膜异常，这与帕金森病iPSC定向分化得到的神经干细胞模型观察结果相一致。最后，研究人员进一步发现LRRK2激酶特异性抑制剂可以在体外改善帕金森神经干细胞的异常表型。.该工作以“Progressive degeneration of human neural stem cells caused by pathogenic LRRK2”为题发表于国际学术期刊《Nature》。该研究首次揭示了核膜异常以及脑内神经干细胞渐进性功能衰退在帕金森病发生发展中的作用。不仅为帕金森病病人患有的认知功能衰退等中枢神经系统症状提供了一定的解释，并且提示了将来在临床上利用小分子抑制剂药物或靶向基因修复患者神经前体细胞治疗帕金森病的可能性。