用于干細(xì)胞神經(jīng)誘導(dǎo)的小分子

人體誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (hiPSC) 分化為功能性神經(jīng)元的過(guò)程一直是一個(gè)研究熱點(diǎn)，在神經(jīng)退行性疾病的治療方面很有前景。在過(guò)去，將 hiPSC 轉(zhuǎn)化為神經(jīng)細(xì)胞譜系是一個(gè)極為耗時(shí)的過(guò)程，原因之一是選擇性存留方案的產(chǎn)率較低，另一個(gè)原因是胚胎體形成的異質(zhì)性。采用靶向神經(jīng)細(xì)胞分化信號(hào)通路的小分子，可能可以解決這些問(wèn)題。

Lorenz Studer 實(shí)驗(yàn)室在 2009 年的一篇論文中提出了一種神經(jīng)細(xì)胞分化的新方法，使用頭蛋白和小分子抑制劑 SB 431542(目錄編號(hào) 1614)抑制 SMAD 信號(hào)。這種方法可快速穩(wěn)定地誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化 hiPSC，在分化的第 11 天即可產(chǎn)出相同的 PAX6+ 神經(jīng)外胚層細(xì)胞群體。以此為基礎(chǔ)，可以得到神經(jīng)嵴細(xì)胞、玫瑰花環(huán)神經(jīng)干細(xì)胞、多巴胺能神經(jīng)元和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元(Chambers 等人，2009)。

之后，同一組研究人員(Chambers 等人，2012)改進(jìn)了這種方法，將頭蛋白替換為 BMP 抑制劑 LDN 193189(目錄編號(hào) 6053)，并另外加入了三種小分子，包括 SU 5402(目錄編號(hào) 3300)、CHIR 99021(目錄編號(hào) 4423)和 DAPT(目錄編號(hào)2634)，以加速?gòu)?hiPSC 產(chǎn)出有絲分裂后神經(jīng)元的過(guò)程。這些化合物可分別抑制 VEGF/FGF/PDGF 信號(hào)、GSK-3β 和 Notch 信號(hào)。該方案根據(jù)其組分被命名為 LSB3i，可在第 8 天誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)嵴細(xì)胞。在第 15 天，進(jìn)一步分化產(chǎn)生了表達(dá)感覺(jué)神經(jīng)元標(biāo)記物的細(xì)胞。根據(jù)其香草素受體的表達(dá)，以及電生理學(xué)特征，這些細(xì)胞被確認(rèn)為主要的功能性痛覺(jué)感受器(Chambers 等人，2012)。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，WNT 信號(hào)通路在決定細(xì)胞分化為 CNS 還是神經(jīng)嵴細(xì)胞方面有重要作用。LSB3i 方案的基礎(chǔ)之一是 WNT 通路的激活，使用 CHIR 99021 結(jié)合雙重的 SMAD 抑制，誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)嵴細(xì)胞譜系和周圍神經(jīng)元。在對(duì)此方案的進(jìn)一步調(diào)整(Qi 等人，2017)中，CHIR 99021 被替換為 WNT 信號(hào)抑制劑 XAV 939(目錄編號(hào) 3748)，從而得到高純度 (>98%) 的 PAX6+ 細(xì)胞群落，分化時(shí)間只需 6 天。這一轉(zhuǎn)化過(guò)程的效率通過(guò)結(jié)合雙重 SMAD 抑制 PD 0325901(目錄編號(hào) 4192)、SU 5402 和 DAPT 得到了進(jìn)一步提升，在分化第 13 天得到了 70% TUJ1(一種神經(jīng)元的標(biāo)記物)陽(yáng)性的神經(jīng)元(圖 1)。Qi 等人還在符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范 (GMP) 的培養(yǎng)條件下實(shí)施了該方案。在該方案后的長(zhǎng)期培養(yǎng)中，得到了可發(fā)放動(dòng)作電位和形成興奮性突觸的神經(jīng)元。hiPSC 分化細(xì)胞具有可觀的臨床應(yīng)用前景，在一項(xiàng)體內(nèi)研究中，將這些皮層神經(jīng)元移植到小鼠大腦皮層，形成了長(zhǎng)距離投射結(jié)構(gòu)(Qi 等人，2017)。

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