小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）內(nèi)重要的免疫細胞，攜帶有基因突變的小膠質(zhì)細胞參與了多種神經(jīng)退行性病變的發(fā)生和發(fā)展。常規(guī)的基因治療思路無法用于小膠質(zhì)細胞，主要原因是由于常用的非整合類病毒載體（如AAV）無法感染小膠質(zhì)細胞，以及少數(shù)的整合類病毒載體（如lentivirus）雖然能夠感染小膠質(zhì)細胞，但只能影響注射位點附近的局部范圍，無法在全腦尺度上對小膠質(zhì)細胞進行操控。因此，如何在全腦范圍內(nèi)進行操控成為限制小膠質(zhì)細胞基因治療的瓶頸。研究人員提出了可以通過細胞移植將外源性細胞替換原生小膠質(zhì)細胞的設(shè)想，然而其替換效率極低或宿主必須為特定的轉(zhuǎn)基因動物（且必須在發(fā)育早期完成替換），因此無法真正運用于醫(yī)療實踐。

2018年2月，腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院研究員彭勃課題組在Nature Neuroscience和Cell Discovery發(fā)表兩篇通訊作者論文，闡明了中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)小膠質(zhì)細胞再殖（microglia repopulation）的起源，并發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞具有驚人的自我更新潛能。近日，課題組進一步以再殖現(xiàn)象為基礎(chǔ)，開發(fā)了三種用外源性細胞替換原生小膠質(zhì)細胞的移植方案，并在全CNS范圍內(nèi)實現(xiàn)了高效地細胞替換。8月11日，研究成果以“Efficient strategies for microglia replacement in the central nervous system”為題在線發(fā)表于Cell Reports。

小膠質(zhì)細胞替換：領(lǐng)域內(nèi)的難題

彭勃課題組發(fā)現(xiàn)，通過傳統(tǒng)骨髓移植（traditional bone marrow transplantation, tBMT）方法，外源性骨髓細胞可以進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)并分化成小膠質(zhì)細胞樣細胞（microglia-like cell）。然而，其細胞替換的效率很低，僅有約2%的小膠質(zhì)細胞被外源性細胞替換，無法達到滿足細胞治療的目的。此外，通過顱內(nèi)注射的方式向腦內(nèi)移植小膠質(zhì)細胞（traditional microglia transplantation, tMT），僅有極少數(shù)的小膠質(zhì)細胞能夠整合入腦內(nèi)，約占腦內(nèi)細胞總數(shù)的0.03%。

近年來，國際上有多個課題組通過相似的思路實現(xiàn)小膠質(zhì)細胞移植：在發(fā)育早期（P0~P1）將外源性小膠質(zhì)細胞移植入免疫缺陷的小鼠。但是，該類方法依賴于免疫缺陷型的移植受體小鼠，且移植必須在發(fā)育早期完成（小膠質(zhì)細胞未在腦內(nèi)完成定殖時），無法用于疾病治療。因此，如何能在成年小鼠腦內(nèi)高效地替換小膠質(zhì)細胞成為領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的重點問題。

三種全新的小膠質(zhì)細胞高效替換方案

彭勃課題組開發(fā)了三種不同的小膠質(zhì)細胞替換方案。課題組利用藥物特異性抑制集落刺激因子1受體（CSF1R），高效清除CNS內(nèi)的小膠質(zhì)細胞，同時不引起副作用。隨后，再進行骨髓移植。外源性的骨髓細胞可進入腦內(nèi)并分化成小膠質(zhì)細胞樣細胞，替換效率超92%。同樣，幾乎所有的視網(wǎng)膜和脊髓的小膠質(zhì)細胞被外源性細胞所替換。該方案命名為mrBMT（microglia replacement by bone marrow transplantation）。

雖然mrBMT可以以極高的效率在全CNS范圍內(nèi)替換小膠質(zhì)細胞，但使用的供體細胞為骨髓細胞，捐獻來源較為有限，將影響其在未來疾病治療上的普及。因此，課題組進一步開發(fā)了新的小膠質(zhì)細胞替換方案，能將血液細胞誘導(dǎo)分化為小膠質(zhì)細胞樣細胞，并高效替換CNS的原生小膠質(zhì)細胞（替換效率>80%）。該方案命名為mrPB（microglia replacement by peripheral blood）。

然而，mrBMT和mrPB細胞更多地保留有外周巨噬細胞的特征，與CNS的小膠質(zhì)細胞存在一定差異。此外，在某些特定的情況下，需要替換特定腦區(qū)的小膠質(zhì)細胞，而不影響其他腦區(qū)。于是，課題組進一步開發(fā)了第三種方案mrMT（microglia replacement by microglia transplantation）。該方案可將外源小膠質(zhì)細胞高效替換特定局部腦區(qū)的原生小膠質(zhì)細胞，同時移植的細胞保留CNS小膠質(zhì)細胞的特征。

因此，彭勃課題組開發(fā)了三種全新的小膠質(zhì)細胞替換方案，首次在全CNS范圍或特定腦區(qū)實現(xiàn)高效替換小膠質(zhì)細胞。該方案為神經(jīng)退行性病變提供了全新的治療思路和實現(xiàn)方案。三種方案各自的優(yōu)勢和適用場景將給未來的臨床治療提供多種選擇，同時，該方案也是首次在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模的細胞移植。

該研究工作主要由彭勃課題組成員、中科院深圳先進院徐臻博士和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心饒艷霞博士共同完成，兩人為本文的共同第一作者。彭勃課題組成員黃玉斌博士、周添博士、馮睿博士、熊珊珊、周欣博士和李小鈺作為共同作者對該研究作出重要貢獻。復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院毛穎教授，上海交通大學(xué)附屬精神衛(wèi)生中心袁逖飛教授，深圳愛爾眼科醫(yī)院秦波教授、秦珊醫(yī)生和盧怡潔醫(yī)生對本文亦有重要貢獻。

據(jù)介紹，目前，彭勃課題組青年副研究員（副教授）、博士后、博士生和碩士生的崗位空缺，歡迎對科研充滿熱情且胸懷學(xué)術(shù)理想的科研人員/學(xué)生加入。申請人需將一份詳細的個人完整簡歷（中英文皆可）通過電子郵件發(fā)送至peng@fudan.edu.cn，郵件標(biāo)題請注明姓名+應(yīng)聘職位。青年副研究員（副教授）和博士后應(yīng)聘者請?zhí)峁﹥蓚€推薦人的聯(lián)系方式。

論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)31026-3

來源：腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院