Cell Death Dis︱李志远团队发现干细胞疗法或将成为治疗脊髓小脑性共济失调（SCA）的新希望
作者︱韩晓博
责编︱王思珍
编辑︱杨 婵
脊髓小脑性共济失调3型/马查多-约瑟夫病（SCA3/MJD）是一种由ATXN3基因中编码聚谷氨酰胺的CAG序列异常扩增引起的神经退行性疾病。虽然该疾病发病机制尚未明确，但有研究表明，异常扩增的ataxin-3会与正常的ataxin-3竞争结合自噬蛋白Beclin1，导致Beclin1降低，细胞自噬功能受损[1]。突变蛋白在细胞内形成难以溶解的包涵体，进入细胞核导致神经元变性与死亡。间充质干细胞（MSCs）治疗可增强神经发生，改善神经细胞的功能，已被广泛应用于各种神经退行性疾病中，显示出良好的治疗前景[2]。因此深入认识并阐明干细胞治疗神经退行性疾病的机制具有重要的意义。
2022年7月18日，中国科学院广州生物医药与健康研究院李志远研究员团队在国际学术期刊Cell Death and Disease在线发表了题为“Transcription factor EB-mediated mesenchymal stem cell therapy induces autophagy and alleviates spinocerebellar ataxia type 3 defects in neuronal cells model”，揭示了hUCMSCs共培养治疗在SCA3细胞模型中改善自噬失调导致突变蛋白聚积的作用。
作者采用脊髓小脑共济失调3型患者的尿液上皮细胞重编程为多能干细胞iPSCs。随后，把iPSCs分化诱导到神经元阶段，通过免疫荧光，WB等实验方法鉴定了SCA3神经元疾病细胞为下一步实验奠定了工作基础（图1）。此外，还针对人脐带血来源间充质干细胞hUCMSCs进行了鉴定，确保治疗所用细胞具有多向分化能力以及符合细胞治疗协会ISCT对间充质干细胞鉴定的标准。
图1 SCA3神经元细胞疾病模型的建立
（图源：Han XB, et al., Cell Death Dis, 2022）
诸多研究证实，自噬作为一种清除有毒或者突变蛋白质的途径，在许多神经退行性疾病以及多聚谷氨酰胺疾病中存在缺陷。通过蛋白免疫印迹实验发现，作者诱导分化的SCA3神经元中自噬水平显著低于正常人对照组。在经过MSCs共培养治疗后，病人组自噬蛋白表达水平显著升高，而突变蛋白ataxin-3的表达则显著降低，在加入外泌体抑制剂GW4869以及自噬抑制剂3-MA后可以抑制自噬通量的增加，逆转增加突变ataxin-3蛋白在细胞内的含量。
图2 hUCMSCs共培养治疗减轻细胞模型内突变蛋白的聚积
（图源：Han XB, et al., Cell Death Dis, 2022）
核转录因子EB（TFEB）是自噬的主要转录调节因子之一，能促进自噬体形成，自噬溶酶体融合，提高细胞内降解产物的清除。在该研究中，作者发现hUCMSCs共培养治疗促进mTORC1与TFEB分离，Ca2+从溶酶体释放，TFEB脱磷酸化易位至细胞核结合CLEAR序列，上调自噬和溶酶体基因。同时，作者通过构建慢病毒质粒验证了Tfeb基因在hUCMSCs共培养治疗对自噬蛋白以及突变ataxin-3蛋白的影响。实验结果表明，基因Tfeb是hUCMSCs共培养治疗激活自噬溶酶体途径的关键调节因子。
图3 hUCMSCs通过TFEB促进突变蛋白的降解
（图源：Han XB, et al., Cell Death Dis, 2022）
考虑到hUCMSCs共培养治疗可以降低mTORC1和TFEB之间的相互作用，以及mTORC1蛋白在自噬调节中的重要作用，作者加入相关通路抑制剂，通过蛋白免疫印迹检测mTORC1相关通路蛋白在hUCMSCs共培养治疗中的作用。研究发现hUCMSCs共培养治疗可以通过抑制AKT的磷酸化，以及激活AMPK的磷酸化来抑制mTORC1，促进TFEB去磷酸化以及核转位，从而激活细胞自噬，降解细胞内的突变蛋白ataxin-3，改善SCA3病人神经元的生长，促进病人神经元神经网络的形成。
图4 hUCMSCs通过mTOR靶点激活自噬促进突变蛋白的降解
（图源：Han XB, et al., Cell Death Dis, 2022）
近年来，干细胞治疗，特别是在治疗神经系疾病方面展现出巨大潜力。随着行业监管日趋完善，我国干细胞治疗行业的产业化进程将逐步开启。iPSCs是将终末分化的体细胞重编程为多能性干细胞，在表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似，具有最广泛的发展潜力，从技术角度来说，多能性干细胞对于治疗性克隆来说是最理想的。在高城市化、经济快速发展的时代，压力和快节奏生活方式令许多城市人患上神经系统系列疾病。尽管制备成本昂贵，商业化前景任重道远，但iPSCs基于易获得、无伦理问题等优势，在细胞替代性治疗神经系统疾病等方面将具有巨大的潜在价值。随着干细胞治疗更深入的研究，将使更多的患者因此而受益。
中国科学院广州生物医药与健康研究院博士研究生韩晓博为该论文的第一作者，李志远研究员为通讯作者。
通讯作者团队简介：李志远研究员团队长期致力于干细胞的基础研究与临床转化，重点开展iPS向神经分化的电生理研究，建立了癫痫、脊髓小脑共济失调、自闭症等多种神经系统疾病的细胞模型，该类细胞疾病模型可开展细胞命运调控的机制研究、药物筛选、基因编辑与精准细胞替代治疗。该团队近期相继在《Cell Death Discovery》、《Stem cell Research & Therapy》,《Molecular Neurobiology》、《Translational Psychiatry》等杂志发表多篇相关论文。
【1】Nat Commun | 林森杰团队揭示胰蛋白酶介导调控浮游植物氮磷营养盐平衡的新机制
【2】STTT 综述 | 王佑春/范昌发团队系统总结新冠COVID-19动物模型研究进展、不足及未来的模型研究趋势
【3】STTT 综述︱吴建国团队阐述缺氧信号在人类健康和疾病防治中的作用及展望
【4】Fundamental Research︱苏文如/王祥珪团队揭示人类怀孕过程中外周血免疫单细胞水平动态变化
【5】Nat Metab︱周雍进团队揭示甲醇代谢压力机制，实现脂肪酸高效合成
【6】Nat Commun︱孙其信/郭伟龙团队揭示多倍体小麦的散布式起源与长期驯化规律
【7】J Hepatol︱倪红敏团队发现非酒精性脂肪性肝病患者脂肪变性的确切机制
参考文献：
[1] Ashkenazi A, Bento CF,
Ricketts T, Vicinanza M, Siddiqi F, Pavel M, et al. Polyglutamine tracts
regulate beclin 1-dependent autophagy. Nature. 2017;545(7652):108-11.
[2] Yao P, Zhou L, Zhu L, Zhou B, Yu Q. Mesenchymal Stem Cells: A Potential Therapeutic Strategy for Neurodegenerative Diseases. Eur Neurol. 2020;83(3):235-41.
本文完