人源神经干细胞在非人灵长类脑内的长期存活和功能成熟

近年来，随着干细胞和重编程技术的发展，使得从人体细胞中诱导建立神经干细胞/祖细胞（human induced neural stem/progenitor cells, iNPCs）成为可能，从而为神经退行性疾病的细胞替代治疗提供了一种极具应用前景的供体细胞。景乃禾课题组前期研究，将人源iNPCs移植到了阿尔兹海默症(Alzheimer’s Disease, AD)小鼠的脑中，并详细地分析了人源iNPCs在宿主脑中的存活、分化、成熟、迁移和功能性整合，证实了人源iNPCs可以显著的提高AD小鼠的认知功能，并在细胞水平揭示了其作用机制（Zhang et al., 2019）。然而，人源神经干细胞在非人灵长类动物脑内移植的报道很少，移植的人源神经干细胞在非人灵长类脑内的详细分析也非常有限，在很大程度上限制了其作为供体细胞在细胞替代治疗策略中的应用。

近日，广州实验室/生物岛实验室/中科院分子细胞科学卓越创新中心景乃禾课题组、西交利物浦大学岳春梅课题组与复旦大学舒友生课题组合作在Life Medicine杂志在线发表了题为The long-term survival and functional maturation of human iNPC-derived neurons in the basal forebrain of cynomolgus monkeys的研究论文，揭示了移植的人源iNPCs在成年非人灵长类动物食蟹猴脑内的长期存活，并发育分化为功能成熟的神经元。

研究人员通过优化直接重编程技术（direct reprogramming），从健康成人外周血的单核细胞中建立了非整合的iNPCs。将绿色荧光蛋白标记的人源iNPCs通过脑立体定向手术双侧移植到成年食蟹猴的基底前脑。12个月后，研究人员观察到绿色的人源细胞在食蟹猴脑内健康存活和功能分化。

人源iNPCs在食蟹猴脑内的存活

进一步鉴定发现人源iNPCs主要分化为神经元，少部分分化为星形胶质细胞。并且，随着时间的增长，神经元和星形胶质细胞逐渐分化成熟。相应的，移植iNPCs在食蟹猴脑内逐渐丧失增殖能力，提示人源iNPCs作为供体细胞的安全性。

通过膜片钳检测猴脑中人源神经元的电生理活动是评估其在宿主脑中功能成熟的金标准。但是，在成年动物，尤其是成年非人灵长类动物的脑片中进行全细胞记录的难度很大，迄今还未见有类似的报道。本项研究成功的在接受细胞移植10个月的成年食蟹猴脑片上，记录到了人源神经元的电生理特性。重复动作电位的产生提示，人源iNPCs分化来的神经元具有与成熟神经元相当的膜特性。兴奋性突触后电位和兴奋性突触后电流的自发产生，提示人源神经元形成了功能性突触。这些电生理结果说明，移植人源iNPCs分化来的神经元在猴脑内可以快速功能成熟，并整合入宿主脑内的局部神经环路中。

食蟹猴脑内人源iNPCs分化来的神经元的电生理特性

总之，这项研究深入分析了人源iNPCs在非人灵长类动物脑内的存活、分化、成熟和功能，从而为开发安全有效的、基于人源神经干细胞的细胞替代治疗策略的建立，及其在神经退行性疾病治疗中的应用提供了宝贵的线索。

广州实验室/生物岛实验室/中科院分子细胞科学卓越创新中心景乃禾研究员、西交利物浦大学岳春梅副教授和复旦大学舒友生教授为该论文共同通讯作者，广州实验室/生物岛实验室博士后封素博士、上海市第一人民医院张婷博士和复旦大学柯蔚博士为该论文共同第一作者，海南大学岳峰教授和广西医科大学谭国鹤教授对本研究提供了大力帮助。

https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnac008

参考文献：

Feng S, Zhang T, Ke W, Xiao Y, Guo Z, Lu C, Li S, Guo Z, Liu Y, Tan G, Chen Y, Yue F, Shu Y, Yue C, Jing N. The long-term survival and functional maturation of human iNPC-derived neurons in the basal forebrain of cynomolgus monkeys. Life Medicine. 2022. DOI: 10.1093/lifemedi/lnac008.

Zhang T, Ke W, Zhou X, Qian Y, Feng S, Wang R, Cui G, Tao R, Guo W, Duan Y, Zhang X, Cao X, Shu Y, Yue C, Jing N. Human neural stem cells reinforce hippocampal synaptic network and rescue cognitive deficits in a mouse model of Alzheimer’s Disease. Stem Cell Reports. 2019. 13(6):1022-1037. DOI: 10.1016/j.stemcr.2019.10.012.

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