中科院昆明动物所胡新天研究组发表移植神经干细胞功能整合研究成果

2016年7月14日，国际著名学术杂志《cell》子刊《cell reports》杂志在线发表了中国科学院昆明动物研究所胡新天研究组和王正波研究组合作的一篇研究论文，论文题为“neurons differentiated from transplanted stem cells respond functionally to acoustic stimuli in the awake monkey brain”。研究证实移植干细胞分化的神经元能够整合到宿主的神经网络，共同执行特定的大脑功能。昆明动物研究所博士研究生魏景宽、王文超和翟荣伟为论文共同第一作者，胡新天研究员和王正波研究员为论文共同通讯作者。

长期以来，中枢神经系统的损伤后再生与修复一直是神经科学领域的难题与科学家们致力于研究的焦点。传统观点认为，哺乳动物中枢神经系统的神经元仅产生于胚胎期及出生后不久的一段时间，其后神经元将不再分裂增殖。成年哺乳动物中枢神经系统不能产生新的神经元，再建新的突触联系，导致中枢神经系统损伤后的功能难于恢复。然而，神经干细胞的发现打破了这一传统观念。具有多向分化潜能的干细胞拥有分化成神经元，替代死亡的神经元，恢复受损神经网络功能的潜能，并因此成为神经退行性疾病和脑损伤替代治疗研究的热点。

现有研究结果表明移植的神经干细胞能在宿主神经中枢系统中存活，迁移和分化成成熟神经元，且在一定程度上改善神经系统疾病症状。这种脑损伤后功能的修复与改善是移植的神经干细胞分化的神经细胞(神经元或者神经胶质细胞)间接帮助受损的神经系统的修复(如分泌神经营养因子)，还是通过分化为成熟神经元在结构和功能上整合入宿主神经系统，替代受损神经元来实现的呢?这是神经干细胞治疗中枢神经系统疾病研究中急待解决的基础问题，该问题的解决将有助于决定神经干细胞临床应用的策略和前景。

胡新天研究员课题组建立了一种称为“cut & fill”创新性研究策略，对这一重要问题进行了研究。他们先通过一套特制工具在猕猴下丘“挖”出一个规则的“洞”，然后将神经干细胞移植到“洞”内。利用免疫组织化研究的结果表明，这些移植神经干细胞在体内向成熟新生神经元分化的同时，还与宿主神经元之间形成广泛的成熟突触联接。这些联接为新生神经元功能性整合到宿主神经网络中奠定了信息输入和输出结构基础;进一步利用神经活动相关的瞬时表达基因c-fos进行的功能研究发现：在给予猕猴声音刺激后，这些新生成的神经元群中的c-fos表达显著升高，表现出明显的与刺激相关的群体神经电活动;最后通过单细胞放电记录技术对单个新生神经的电活动模式进行了细节观察，发现：外界的声音传入刺激经过整合后，单个新生神经元表现出与宿主神经元很类似的神经电活动，提示其成功有效的功能整合。这些发现首次在清醒动物猕猴上证明移植神经干细胞分化的神经元能在结构和功能上整合到宿主神经网络中，提示神经干细胞分化形成的成熟新生神经元能够直接替代受损神经元，为细胞替代疗法治疗神经系统疾病提供了重要的理论依据。