Ngn2与Isl1介导的体内星形胶质细胞-神经元转化促进脊髓损伤后功能恢复

《Cell Reports Medicine》：Ngn2 and Isl1-mediated astrocyte-to-neuron conversion in vivo promotes functional recovery after spinal cord injury

　　本刊推荐：针对脊髓损伤(SCI)后神经元丢失和功能恢复难题，Zhou等通过CRISPRa技术激活内源性转录因子Ngn2与Isl1，成功将反应性星形胶质细胞转化为具有突触连接功能的神经元。这些新生神经元不仅重建脊髓局部神经环路，还形成长距离轴突投射至坐骨神经，显著改善神经肌肉接头(NMJ)形态功能，最终促进运动功能恢复。该研究为脊髓修复提供了新的细胞重编程治疗策略。

　　

脊髓损伤是中枢神经系统最严重的创伤性疾病之一，常导致患者永久性神经功能缺损甚至残疾。成年哺乳动物脊髓几乎完全丧失了神经发生能力，而损伤后形成的胶质瘢痕主要由反应性星形胶质细胞构成，形成物理屏障阻碍轴突再生。传统干细胞移植疗法面临免疫排斥、致瘤风险等挑战，迫切需要开发新的神经元再生策略。

在这项发表于《Cell Reports Medicine》的研究中，Zhou等探索了通过内源性细胞重编程再生功能性神经元的治疗潜力。研究人员利用CRISPR激活(CRISPRa)系统特异性激活转录因子Neurogenin 2(Ngn2)和Islet-1(Isl1)，在脊髓损伤(SCI)小鼠模型中成功将反应性星形胶质细胞转化为功能性神经元。

研究采用的主要技术方法包括：利用GFAP-CreERT2;Ai14转基因小鼠进行细胞谱系追踪，通过CRISPRa系统介导内源性基因激活，使用重组狂犬病毒(RV)进行单突触追踪分析，采用电生理技术记录神经元活性，以及通过行为学测试评估运动功能恢复。

诱导星形胶质细胞向神经元转化

研究首先确定脊髓损伤后1周为病毒注射的最佳时间窗口，此时星形胶质细胞已充分活化而神经发生尚未完全失败。通过细胞谱系追踪证实，CRISPRa介导的Ngn2和Isl1激活能够诱导约54%的病毒感染的星形胶质细胞表达未成熟神经元标志物DCX。

重编程星形胶质细胞形成成熟神经元

在病毒注射6周后，41.3%的Ngn2+Isl1诱导的tdTomato阳性细胞表达成熟神经元标志物NeuN，并同时标记有BrdU，证实这些细胞确实为新生成的成熟神经元。免疫荧光染色显示，这些转化神经元主要表达脊髓运动神经元标志物HB9(51%)和胆碱能神经元标志物ChAT(44%)，部分表达谷氨酸能神经元标志物VGLUT2(25%)，而几乎不表达GABA能标志物GAD1。

星形胶质细胞转化神经元形成突触连接

通过重组狂犬病毒逆行单突触追踪技术，研究发现这些新生神经元能够与脊髓固有神经元、脑干、小脑、运动皮层及背根神经节(DRG)神经元形成单突触连接。电生理记录显示，转化神经元具有正常的动作电位发放能力，并能记录到自发性兴奋性突触后电流(sEPSCs)，表明其已成功整合入局部神经环路。

长距离轴突投射与神经肌肉接头再生

通过霍乱毒素B亚基(CTB)逆行追踪，研究发现腰椎脊髓节段的新生神经元能够将轴突投射至坐骨神经。神经肌肉接头(NMJ)形态学分析显示，治疗组肌肉中完全再支配的AChR簇比例从16%提高至38%，去神经支配簇比例从47%降至15%，AChR簇碎片化程度显著改善。

促进脊髓固有轴突再生

通过生物素化葡聚糖胺(BDA)顺行追踪，研究发现Ngn2+Isl1诱导的细胞转化能够促进损伤的脊髓固有轴突再生，轴突能够穿过非神经组织核心和星形胶质细胞瘢痕边界，浸润至保留的灰质区域。同时，治疗组胶质瘢痕面积显著减小。

运动功能恢复与生存率改善

行为学测试表明，治疗组小鼠在脊髓损伤后7周开始出现显著的运动功能恢复。Basso小鼠评分(BMS)显著提高，旋转棒测试停留时间延长，网格行走测试失误率降低。更重要的是，治疗组小鼠在损伤后18周的生存率(82.3%)显著高于对照组(53.3%)。

该研究证实了通过内源性转录因子激活实现星形胶质细胞向神经元转化的可行性，为解决脊髓损伤后神经元丢失和功能恢复难题提供了新思路。这种基于细胞重编程的治疗策略避免了外源性细胞移植的免疫排斥和致瘤风险，为临床转化奠定了重要基础。同时，研究也指出了该技术的局限性，如在严重损伤形成空洞的情况下可能缺乏足够的胶质细胞来源，以及对于遗传性疾病难以解决基因突变问题。未来研究需要进一步阐明Ngn2和Isl1介导细胞转化的分子机制，优化转化效率，推动这一技术向临床应用迈进。