人肌肉萎缩性侧索硬化症的体细胞重编程和基因矫正研究

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal motoneuron disease, characterized by progressive degeneration of motor neurons in patient brain and spinal cord. Induced pluripotent stem cell (iPSC) technology offers an unprecedented hope for personalized cell therapy of ALS, however the limitation in obtaining safe and reliable autologous transplantational materials constructs a huge barrier to stem cell based therapy. Here, we propose to use episomal vector-based reprogramming methodology to generate integration-free ALS patient specific iPSCs, followed by targeted gene-correction of disease mutation(s) with our advanced Helper-dependent adenoviral vector (HDAdV) gene-editing appraoch. The resultant "disease-free" patient specific neural precursor cells and motor neurons differentiated from gene-corrected ALS-iPSCs will be eventually transplanted into ALS animals in order to evaluate their safety and potential for further clinical therapy. In summary, our system provides a convinced platform to generate gene-corrected ALS-iPSCs and test their potential as reliable clinical transplant sources, therefore sheding light on stem cell gene therapy for ALS.

肌萎缩性侧索硬化症（ALS）特征为脑与脊髓运动神经元的进行性退化，是最常见的致死性运动神经系统疾病。ALS发病迅速，多数患者3-5年内死于延髓麻痹、呼吸肌麻痹或肺部感染。目前尚无有效治疗ALS的药物，利用干细胞对ALS进行再生医学治疗是最具前景的方案之一，然而如何获得安全可靠的自体移植材料是干细胞研究领域最亟待解决的问题。本项目拟利用非整合型附着体载体重编程技术获得家族性ALS病人特异的诱导性多潜能干细胞（iPSC），利用新型的第三代腺病毒载体介导的DNA同源重组技术矫正其内在的遗传缺陷，将基因矫正后的iPSC定向分化为神经干/前体细胞和运动神经元，并利用ALS动物模型评价其用于移植治疗的安全性和有效性。本项目将首次结合体细胞重编程技术和基因组靶向修饰技术获得安全的、移除内源性致病因素的ALS病人iPSC，进而评估其神经衍生物在细胞移植治疗中的效果，为实现ALS的临床干细胞治疗奠定基础。

肌肉萎缩性侧索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是常见的神经退行性疾病，其特点是支配随意肌的脑与脊髓内运动神经元发生退行性病变及凋亡。由于体内微环境（如炎症应答）、遗传复杂性及衰老通路等多个层面存在较大种属差异，动物模型中观察到的现象、获得的机制和靶点往往同人类自身的情况有所不同(Seok et al., 2013)，基于动物模型发展的现有药物针对ALS治疗的临床效果并不乐观，迄今为止尚缺乏针对该病的有效治疗手段。因此，基于人类疾病模型基础之上的ALS发病机理研究及新型治疗手段的开发非常必要且格外紧迫。本课题利用非基因组整合的重编程技术获得携带SOD1及FUS突变的FALS病人特异的 iPSC，经过CRISPR-Cas9介导的基因编辑技术靶向校正了FALS病人iPSC中存在的致病基因突变，进而将上述iPSC定向分化为运动神经元，利用转录组测序技术分析差异表达基因，为ALS病理机制研究、靶点确认和药物筛选提供了重要的研究平台，同时也为ALS的自体细胞移植治疗提供了一定的方向。