eLife | 刘妍/何水金合作组在人多能干细胞分化GABA中间神经元亚型中取得重要进展

责编丨迦溆

哺乳动物前脑主要存在两大类神经元：兴奋型投射神经元和抑制型中间神经元，后者大多数为GABA能中间神经元（GINs）。而基于分子标志物的表达，可以把皮质GINs分为许多亚型，包括：calbindin (CB), calretinin (CR), parvalbumin (PV), and somatostatin (SST)。GINs在调节发育过程中起着关键的作用，尤其是在诱导皮质的可塑性方面；其中，PV神经元和SST神经元是前脑抑制型神经元最主要的两大类别。研究发现，PV和SST神经元的功能障碍可能与多种神经和精神疾病相关，例如：癫痫、精神分裂症、自闭症等【1】。因此，人类PV和SST 型中间神经元对于细胞替代治疗疗法和疾病病因学的研究是至关重要的。

从胚胎发育学上来说，皮质GINs主要来源于MGE区（内侧神经节隆起），其在胚胎发育期间位于腹侧前脑部位【2】。现在，已经有许多研究报道提到体外分化干细胞产生皮质GINs；然而，通常需要等到100天后，才产生表达SST和PV型的GINs，并且仅在于与啮齿动物大脑皮质神经元/星形胶质细胞的共培养和细胞分选的繁琐的条件下才能获得【3】。最近，也有研究者通过过表达转录因子如Ascl1和Dlx2来产生GINs。然而，经培养5周后，SST（~9％）和PV（非常低）神经元的比例依然很低【4】，且均未能检测出快速放电的特征（PV神经元经典的电生理特性）。因此，如何提高从人类多能干细胞产生人类PV和SST神经元的效率仍然是个亟待解决的问题。

近日，南京医科大学药学院刘妍课题组与上海科技大学何水金课题组在Elife杂志上发表了一篇名为Induction of human somatostatin and parvalbumin neurons by expressing a single transcription factor LIM homeobox 6的研究论文，建立了诱导人类ESC和iPSC细胞过表达LHX6的体系，显着地增加了PV和SST亚型GINs的分化比例。并且，移植到小鼠脑中后，依然能高效地产生具有成熟电生理特性的PV和SST型GINs。

在这项研究中，刘妍课题组经过一系列克隆筛选和检验，成功地利用tet-on系统，诱导包括H9、IHTC（iPSC）细胞系在内的人多能干细胞产生LHX6过表达体系；在无任何诱导分化剂的情况下，对比对照组没有产生PV或者SST型GINs的情况，LHX6过表达体系细胞系已经产生了一定数量比例的PV或者SST型GINs，更重要的是，SST和PV型GINs表现出类似于多极细胞的更复杂的神经形态；随后，该课题组利用神经前体细胞的腹侧模式化培养体系，配合LHX6过表达体系进一步的提升了PV和SST型GINs的分化比例，并且没有改变神经前体细胞的端脑化分化命运。并通过RNA-seq测序分析了过表达LHX6后GINs的基因表达情况。

接着，该课题组将过表达LHX6的神经前体细胞进行了脑内移植，发现移植后三个月，过表达LHX6的体系的体内表达的PV和SST型GINs依然显著高于对照组，证明了该体系于体内分化的高效性；移植后五个月，在移植组小鼠脑内，已经发现了具有成熟电生理活性的GABA能中间神经元，甚至是有快速放电样电生理活性的GINs。

总而言之，该研究表明过表达单因子LHX6体系足以诱导人类PV和SST 型GINs的产生，提供了在体外产生人类PV 或SST型GINs的有效方法。 该方法有助于PV与 SST神经元相关的精神疾病的病因学的研究和新药物研发等。

据悉，南京医科大学药学院的袁方博士是该文章的第一作者。南京医科大学的刘妍教授和上海科技大学的何水金教授为本文的通讯作者。

  附招聘信息：

刘妍课题组以人多能干细胞定向分化与神经再生为方向，开展了一系列研究；相关成果以通讯作者或第一作者发表在Nature Biotechnology, Nature Protocol，Nature communications，Cell Reports，和Stem cell Reports等杂志上；目前主持国家与省部级项目多项；因工作需要，公开招聘博士后1-2名，联系方式：[e-mail].

参考文献

1. Fee C, Banasr M, Sibille E. 2017. Somatostatin-Positive Gamma-Aminobutyric acid interneuron deficits in depression: cortical microcircuit and therapeutic perspectives. Biological Psychiatry 82:549–559. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2017.05.024, PMID: 28697889

2. Kelsom C, Lu W. 2013. Development and specification of GABAergic cortical interneurons. Cell & Bioscience 3:19. DOI: https://doi.org/10.1186/2045-3701-3-19, PMID: 23618463

3. Maroof AM, Keros S, Tyson JA, Ying SW, Ganat YM, Merkle FT, Liu B, Goulburn A, Stanley EG, Elefanty AG,Widmer HR, Eggan K, Goldstein PA, Anderson SA, Studer L. 2013. Directed differentiation and functional maturation of cortical interneurons from human embryonic stem cells. Cell Stem Cell 12:559–572. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2013.04.008, PMID: 23642365

4. Yang N, Chanda S, Marro S, Ng YH, Janas JA, Haag D, Ang CE, Tang Y, Flores Q, Mall M, Wapinski O, Li M,Ahlenius H, Rubenstein JL, Chang HY, Buylla AA, Su¨ dhof TC, Wernig M. 2017. Generation of pure GABAergic neurons by transcription factor programming. Nature Methods 14:621–628. DOI: https://doi.org/10.1038/nmeth.4291, PMID: 28504679

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