體細胞重編程星形膠質細胞的研究進展

孫靜 張亞男 翁曉濱 濱州醫學院 264003

星形膠質細胞是人類大腦和脊髓中最豐富的細胞類型，現在被認為與大腦功能的神經元一樣重要。在發育過程中，星形膠質細胞的祖細胞在神經元形成后也相應的形成，但此時仍缺乏特異的標志物。星形膠質祖細胞分化成未成熟的星形膠質細胞，而未成熟的星形膠質細胞對功能性突觸的形成至關重要。在成年人的大腦中，成熟的星形膠質細胞隔離突觸并清除神經興奮時釋放的過量神經遞質，如谷氨酸鹽，從而防止興奮毒性。星形膠質細胞支持血腦屏障上的神經血管耦合，調節血液流動，并為整個大腦提供能量代謝，對維持健康大腦的平衡環境至關重要。

星形膠質細胞的異常與許多人類病理有關，包括星形細胞瘤、癲癇、亞歷山大病和神經退行性疾病。斯坦福大學醫學院的神經科學家們發現星形膠質細胞對選擇性去除突觸，修剪神經回路有重要作用。在人們學習、回憶和運動的時候，星形膠質細胞在不斷的微調和重塑大腦的神經回路。如果將人類星形膠質細胞移植到新生小鼠中，能夠增強小鼠的記憶和學習能力，說明星形膠質細胞在人類認知中具有重要作用。

Lepore AC等人研究表明，體內移植了星形膠質細胞祖細胞，不僅能夠在體內生存和分化，還能夠減緩ALS和阿爾茨海默病模型的病程。2018年，Mikhail Osipovitch等人研究發現降低星形膠質細胞中的Kir4.1水平可以引起亨廷頓氏病，同時也降低了細胞吸收鉀離子的能力，從而導致了神經元周圍鉀離子富集，使得神經元非正常放電，這可能是亨廷頓氏病患者不能正常行動的原因。南方醫科大學的科學家們發現星形膠質細胞對抑郁癥還有重要影響，星形膠質細胞釋放ATP是抑郁癥發病的一個重要生物學機制。目前研究星形膠質細胞方法仍依賴于從新生兒大腦獲取星形膠質細胞祖細胞，具有倫理問題，同時治療方法所需的大量膠質細胞存在細胞供應和配型的局限性，導致可能的免疫排斥反應。因此通過體細胞如成纖維細胞重編程產生星形膠質細胞，可有效突破免疫匹配和細胞來源的瓶頸，使之成為一項有重大前景的可用于臨床的細胞來源。

體細胞重新編程到誘導多能干細胞和將一種體細胞轉化為另一種體細胞已經獲得成功。大量的研究將體細胞，如成纖維細胞，轉化成不同類型的神經細胞，像神經干細胞,神經元,和少突膠質細胞等。然而，直接重編程體細胞到星形膠質細胞才剛剛開始。目前的研究顯示了從體細胞中獲取星形膠質細胞的方法，有通過誘導多能干細胞（iPSC）、誘導神經干細胞（iNSC）或者誘導的神經祖細胞（iNPC）中間體。目前已知可以通過轉錄因子、小分子、細胞因子和miRNA等方法，能夠將終末分化的體細胞重編程為星形膠質細胞，本綜述將分別介紹體細胞重編程為星形膠質細胞的各種方法。

1.轉錄因子參與星形膠質細胞重編程

Massimiliano Caiazzo等人選擇了14個轉錄因子（SOX2，SOX9，PAX6， NKX6.1，OLIG1，OLIG2，NFIA，NFIB，NFIX，HES1，HES5， NICD，TAL1和PRDM16）分別不同組合誘導小鼠胚胎成纖維細胞（MEF），經過12天后， 激活了星形膠質細胞標志物GFAP，但在14個轉錄因子中，只有NFIA，NFIB和SOX9 誘導的細胞中含有有大量的S100B陽性細胞，以及相對較小數量的 GFAP陽性細胞，證明了NFIA，NFIB和 SOX9足以將胚胎小鼠和出生后的小鼠成纖維細胞轉化為星形膠質細胞。然而在另一研究中測試了這些轉錄因子在人類胚胎干細胞中誘導星形細胞表型的能力。在篩選不同組合的轉錄因子后，發現單獨使用Nfib (B) 或者與Sox9 (SB)一起，可以快速地從人類多能干細胞中生成誘導的功能性星形膠質細胞(iAs)，僅一周時間就可以表達相應的特異性標志物GFAP、S100B、VIM。2018年，Neha Tiwari等發現將NFIA和ATF3做為驅動因素，星形膠質細胞可以從神經前體細胞分化而來，而且RUNX2可以促進星形膠質細胞的成熟。

2.小分子化合物參與星形膠質細胞重編程

小分子OAC1可以作為Oct4活化化合物，這一因子對體細胞重編程為星形膠質細胞以及其它細胞至關重要。Tiwari N等人，將小分子組合包括 VPA（V），GSK3b 抑制劑 CHIR99021（C），TGFb 抑制劑 616452 (6)，賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶LSD1抑制劑反苯環丙胺（T）稱為VC6T，與OAC1化合物組合（統稱為 VC6TO），可將MEF重新編程為星形膠質細胞。來自攜帶Oct4啟動子驅動的GFP（OG2）報告基因小鼠的MEF，用VC6TO處理長達25天觀察到具有星形膠質細胞樣形態的細胞。調整小分子組合，用SB431542(S)代替小分子組合中的TGFb抑制劑 616452 (6)即VCSTO處理人源的成纖維細胞40天后，可形成大量具有星形神經膠質祖細胞樣形態的細胞。

3. 抑制TGFb 途徑可誘導成纖維細胞重編程為星形膠質細胞

TGFb是誘導上皮細胞轉變的細胞因子，TGFb信號轉導通過間充質-上皮轉角形式的表達程序抑制成纖維細胞基因重編程，抑制TGFb信號可促進成纖維細胞向星形膠質細胞等其它細胞轉變。并且抑制TGFb信號傳導可以促進神經外胚層的形成。此外，抑制TGFb信號轉導可誘導骨形態發生蛋白（BMP）信號，BMP信號參與神經膠質細胞功能的維持，在神經膠質細胞的發育過程中發揮重要作用。上述研究表明抑制TGFb 途徑可誘導星形膠質細胞分化并確定和維持星形膠質細胞特性。

4. miRNA參與星形膠質細胞重編程

神經膠質細胞的再生過程中，許多 miRNA 也參與其中。miR-125b 可以調節少突膠質細胞的增殖和星形膠質細胞的再生。在大腦發育過程中，星形膠質細胞中miR-29 的表達比在神經元中的表達強烈，Ouyang YB等人的實驗表明，在星形膠質細胞培養過程中，miR-29a 的表達非常強烈。

5. 展望

隨著近幾年科學家們對星形膠質細胞的不斷深入研究，使得星形膠質細胞從默默無聞的“幕后”工作者逐漸走到了臺前。目前，對于將體細胞重編程為星形膠質細胞的研究已經取得了一些進展，但仍存在誘導時間長、效率低等問題，并且重編程過程中的作用機制也需進一步深入研究。這些研究必將促進細胞重編程技術在再生醫學領域的發展，也為星形膠質細胞異常導致的星形細胞瘤、癲癇、亞歷山大病和神經退行性疾病等疾病帶來新的安全可靠的潛在治療策略。