时间：2020-10-13 14:43
哺乳动物的大脑皮层中，包含许多不同类型的神经元和星型胶质细胞。在发育过程中，不同层位的神经元按顺序从径向胶质细胞中产生，通过一系列转录调节建立了复杂的特异性神经亚型。在受损的大脑皮层中，转录因子的各种组合已被用于使反应性神经胶质细胞转化为神经元（包括神经胶质细胞等）。
星形胶质细胞在位置特性方面表现出惊人的多样性，其在大脑皮质灰质内不同层流位置的形态和基因表达不同。同时，这种神经元的层流差异是皮层功能的关键。因此，要重建损伤后大脑皮层的回路，就必须获得具有适当亚型特征和投射的神经元。那么，星形胶质细胞转化成大脑神经元时，能否产生不同的神经元亚型呢？
在Neuron刊登的《Inducing Different Neuronal Subtypes from Astrocytes in the Injured Mouse Cerebral Cortex》文中，作者使用包含Proneural Factors神经原素2（Ngn2）或无血缘同源物1（Ascl1）的FLEX-switch-AAV，将局部反应性星形胶质细胞转化为神经元，但效率较低。结合转录因子Nurr1（Nr4a2）后，诱导神经元（iNs）的百分比显著增加。
图1. AAV-FLEX结构方案、实验设计和显微结果
72 dpi（或更长时间，252 dpi）下的长期生存率分析显示，在Ngn2/Nurr1上具有80%NeuN+和在Ascl1/Nurr1上有70%NeuN+的iNs比例甚至更高。重要的是，GFP+/NeuN+-iNs的绝对数量也显著增加，GFP+/NeuN+星形胶质细胞减少，排除了由于选择性细胞死亡而导致的比例变化，并且表达星形胶质细胞继续转化为神经元。
为了了解Ngn2/Nurr1-iNs亚型的同一性，作者着重于分析层流、分子和形态学特征。值得注意的是，Ngn2和Nurr1的结合不仅能达到很高的数量和效率，而且iNs显示出了适合其层流位置的成熟的形态和轴突投射。
图2. Ngn2 / Nurr1在72 dpi时的内源性和诱发性神经元的显微照片和定量分析
iNs根据层流位置表达特征性TFs的CTIP2和CUX1组合。这两种神经干细胞都具有典型的锥体细胞形态（顶端树突突出、基底树突发达），逐渐发展成类似于内源性神经元的树突。最后获得了对侧大脑皮质和丘脑的长距离投射。最引人注目的是，这些投射不是随机的，而是iNs表达的SATB2通过胼胝体投射的。因此，这些数据通过体内直接重编辑显示了足够的神经元亚型样式。
图3. iNs的逐渐成熟过程
虽然iNs在GM中具有明显的特异性和成熟性，但WM星形胶质细胞中并未观察到iNs。多种机制可以解释这些发现，首先，WM星形胶质细胞可能对这里使用的重编码因子有抵抗力。其次，局部环境可能会抑制它们的成熟和整合。或者，它们可能会重编辑为神经元，然后从WM迁移到GM中。这些数据揭示了GM和WM在星形胶质细胞重编辑方面的显著差异。
图4. 外伤性脑损伤后用Ngn2 / Nurr1转导WM星形胶质细胞后诱导神经元的缺失
尽管星形胶质细胞具有转化成神经元的潜力，但需排除其他因素的干扰。本文中使用的AAV载体也会感染神经元，但重组载体仅在Cre+星形胶质细胞中表达，因此内源性神经元并不表达这种重组载体。但将Cre转移到内源性神经元会驱动重组载体表达，也会促进内源性神经元与转导星形胶质细胞的融合。因此，作者只使用荧光报告结构时，即使与一种神经前因子结合，也很难看到神经元被标记。验证了细胞融合和Cre转移只能在特定的条件下发生。
基于此，作者在胚胎神经发生过程中（从E7.5到E15.5）标记内源性神经元。在对成年小鼠进行SW损伤并注射AAV-hSyn-mScarlet-I以标记原始神经元后，发现大部分mScarlet-I+神经元（约80%）在24 dpi处被EdU标记。这些结果支持Ngn2/Nurr1-iNs不是胚胎期产生的内源性神经元，而是来自于星形胶质细胞的重编码。
图5. 少量Ngn2/Nurr1 iNs（不到20%）对EdU呈阳性
因此，我们可以推测，层特定的重编程是由细胞内部机制、特定迁移还是环境信息驱动的。但有趣的是，研究显示，位于上层和下层的星形胶质细胞不仅形态不同，而且基因表达也不同。部分学者认为，周围神经元可能在这一过程中起关键作用。如在小脑中，神经元释放的音猬因子（Sonic hedgehog）会影响局部星形胶质细胞的转录活性。这就支持了一个有趣的假说，即皮层星形胶质细胞的层依赖性差异可能会影响神经元亚型身份的重编辑结果。
但文中提到的部分仍需要后续实验验证，比如：虽然Ascl1重编辑的神经元并非典型的皮质GABA能中间神经元，但它们的特性仍需要确定。
总而言之，这些结果突出了星形胶质细胞作为神经重编程的启动细胞群的潜力，从而在受伤时从相应的大脑局部区域产生神经元，并强调了星形胶质细胞亚型的根本重要性。
参考文献：
1. Nicola Mattugini, Neuron, 2019.
2. Lanjakornsiripan, D., Nat. Commun., 2018.
3. Farmer, W.T., Science, 2016.
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