Nature發(fā)文再次關(guān)注“神經(jīng)再生”研究真實(shí)性，付向東最新回應(yīng)

圖片來自cell.com

導(dǎo)讀

6月7日，約翰霍普金斯大學(xué)教授Seth Blackshaw再次質(zhì)疑付向東實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，直指“敲除Ptbp1無法誘導(dǎo)‘星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為功能性神經(jīng)元’（glia-to-neuron）”。

(資料圖片僅供參考)

事實(shí)上，這項(xiàng)研究不是第一次被質(zhì)疑了。2021年9月，美國(guó)得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的張春立教授就曾在Cell上發(fā)文質(zhì)疑，付向東實(shí)驗(yàn)中的“新生神經(jīng)元”是否真的存在。

這一切爭(zhēng)端都起源于2020年6月付向東團(tuán)隊(duì)在Nature上發(fā)表的一項(xiàng)重磅論文。當(dāng)時(shí)付向東團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)敲除Ptbp1后，星形膠質(zhì)細(xì)胞能轉(zhuǎn)化為功能神經(jīng)元。

“神經(jīng)元再生”無疑給治療老年癡呆、帕金森等神經(jīng)退行性疾病帶來了治愈的希望。該研究一經(jīng)報(bào)道后立即引“爆”整個(gè)生命科學(xué)界，可當(dāng)討論的熱潮褪去后，不少科學(xué)家也冷靜下來并提出質(zhì)疑：敲除Ptbp1真的能夠?qū)⒛z質(zhì)細(xì)胞完美地轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元嗎？

面對(duì)質(zhì)疑，付向東教授也在第一時(shí)間發(fā)文回應(yīng)。

周 晨 | 撰文

01

爭(zhēng)議的“神經(jīng)元再生”法

我們常見的腦萎縮、老年癡呆癥、帕金森綜合征，都屬于神經(jīng)退行性疾病，致病根源在于神經(jīng)元或神經(jīng)元髓鞘的喪失導(dǎo)致。

長(zhǎng)期以來，修復(fù)神經(jīng)元一直都是解決神經(jīng)退行疾病的攻堅(jiān)點(diǎn)。如果能使神經(jīng)元再生，神經(jīng)退行性疾病的治療或許能迎刃而解。

2020年，付向東團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究為神經(jīng)元再生找到了突破口。付向東團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過敲除一種名為 PTB 的 RNA 結(jié)合蛋白（Ptbp1），膠質(zhì)細(xì)胞能夠有效轉(zhuǎn)化為功能性神經(jīng)元。

付向東團(tuán)隊(duì)通過慢病毒敲低了星形膠質(zhì)細(xì)胞中的Ptbp1，四周后發(fā)現(xiàn)一半以上的星形膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出了神經(jīng)元的形態(tài)學(xué)特征；之后研究團(tuán)隊(duì)又通過腺病毒相關(guān)載體（AAV）敲除了小鼠大腦中的 Ptbp1，膠質(zhì)細(xì)胞同樣轉(zhuǎn)化為了神經(jīng)元。

研究結(jié)果一出，可謂是一石激起千層浪。

圖源西湖大學(xué)官網(wǎng)

此前，膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元轉(zhuǎn)變的神經(jīng)再生策略一直都不穩(wěn)定，成功率也參差不齊。而敲除Ptbp1得到的功能性神經(jīng)元“近乎完美”，不僅成功率上升了，質(zhì)量也得到了保證。

無疑，該研究為神經(jīng)元再生打開了新世界的大門。

可當(dāng)“沸騰聲”過后，質(zhì)疑聲逐漸涌現(xiàn)。

2021年9月，美國(guó)得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的張春立教授就曾復(fù)刻了付向東團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)，并在Cell上發(fā)文質(zhì)疑，付向東團(tuán)隊(duì)得出的所謂“新生神經(jīng)元”，可能只是大腦本身的神經(jīng)元。

一時(shí)之間，敲除Ptbp1的方法陷入了輿論爭(zhēng)議中，在當(dāng)時(shí)付向東本人并沒有回應(yīng)該爭(zhēng)議。

02

學(xué)界再次質(zhì)疑“神經(jīng)再生”

6月7日，付向東的實(shí)驗(yàn)再次被質(zhì)疑，約翰霍普金斯大學(xué)教授Seth Blackshaw質(zhì)疑其實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性。

Blackshaw指出，付向東團(tuán)隊(duì)得出的研究結(jié)論可能是在一些神經(jīng)元表達(dá)泄露的小鼠上獲得的，而這部分的小鼠理因在實(shí)驗(yàn)一開始前就要剔除。付向東團(tuán)隊(duì)在觀察Ptpb1敲除誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元轉(zhuǎn)化的過程中，實(shí)際上缺乏必要的變量控制。

Seth Blackshaw

Blackshaw團(tuán)隊(duì)采用了譜系示蹤系統(tǒng)和單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq），分析攜帶Ptpb1雜合或純合突變體的星形膠質(zhì)細(xì)胞，通過敲除Ptpb1觀察膠質(zhì)細(xì)胞的狀態(tài)。

最終Blackshaw團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)論是：無論神經(jīng)元是否損傷，敲除Ptbp1都不會(huì)誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元轉(zhuǎn)換。

他們還檢查了Ptpb1缺失是否會(huì)改變膠質(zhì)細(xì)胞的生理特性，發(fā)現(xiàn)在敲除Ptbp1并沒有出現(xiàn)神經(jīng)元的生理特性。

之后，實(shí)驗(yàn)室又用了單分子熒光原位雜交技術(shù)，證實(shí)大多數(shù)星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)在敲除Ptbp1后仍保持不變，并且沒有觀察到神經(jīng)元特異性基因的誘導(dǎo)。

事實(shí)上，這也不是Blackshaw首次質(zhì)疑付向東的實(shí)驗(yàn)，早在2021年10月，他就提出了質(zhì)疑。當(dāng)時(shí)，Blackshaw在BioRxiv上發(fā)表文章稱，在敲除視網(wǎng)膜穆勒膠質(zhì)細(xì)胞（retinal M?ller glia）和大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞（Astrocytes）中的Ptbp1后，并沒有發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)向神經(jīng)元的過程。

03

付向東最新回應(yīng)

對(duì)于Blackshaw的質(zhì)疑，付向東團(tuán)隊(duì)也在同一期Nature中進(jìn)行了回應(yīng)，稱Blackshaw的重復(fù)實(shí)驗(yàn)存在一定的缺陷。

付向東團(tuán)隊(duì)表示，膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元細(xì)胞轉(zhuǎn)化這種表型是可以預(yù)測(cè)的，因?yàn)镻tpb1 突變已被證明會(huì)阻止胚胎干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化。對(duì)Ptbp1敲除與敲除后的反應(yīng)類似于另一個(gè)主要的負(fù)性神經(jīng)發(fā)生調(diào)節(jié)因子——REST，REST敲低后會(huì)促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生，但如果敲除則會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞和成熟神經(jīng)元的死亡。越來越多的基因敲低后有不同表型，但敲除后表現(xiàn)出基因補(bǔ)償。

從機(jī)制上來講，已知Ptbp1下調(diào)可在大多數(shù)細(xì)胞類型中誘導(dǎo)其新的區(qū)域旁系Ptbp2，Ptbp1和Ptbp2同時(shí)缺失則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

付向東還表示，我們已證明膠質(zhì)細(xì)胞成功地轉(zhuǎn)化神經(jīng)元需要在Ptbp1敲低的細(xì)胞中降低Ptbp2表達(dá)，這在大腦發(fā)育過程中觀察到的情況也是一樣的。這種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)Ptbp2在神經(jīng)發(fā)生過程中很容易解釋不同的表型，敲低與敲除誘導(dǎo)：在Ptpb1敲低細(xì)胞中，Ptbp2可能仍然能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控；然而，在Ptbp1敲除細(xì)胞中，誘導(dǎo)的Ptbp2可能被迫維持在高水平，以確保細(xì)胞的活力，從而防止神經(jīng)元重編程過程中所需的連續(xù)下調(diào)。

付向東在回應(yīng)中指出了Blackshaw團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)：1.scRNA-seq實(shí)驗(yàn)無生物重復(fù)；2.除皮層外，紋狀體和黑質(zhì)中大量純合子Ptpb1敲除細(xì)胞的完整性受到損害；3.野生型PTBP1+細(xì)胞和Ptpb1基因敲除的腦組織總體密度不變，這提示Cre低效表達(dá)，無法驅(qū)動(dòng)星形膠質(zhì)細(xì)胞中GFP的表達(dá)和Ptbp1敲除。

付向東總結(jié)道，正如前面所記載的那樣，在許多生物系統(tǒng)中，Ptbp1敲除與Ptbp1敲除可能產(chǎn)生不同的表型。盡管我們這種可能性仍有待驗(yàn)證：觀察到的星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化可能是由于現(xiàn)有神經(jīng)元滲漏導(dǎo)致，但當(dāng)前scRNA-seq和免疫染色數(shù)據(jù)表明星形膠質(zhì)細(xì)胞亞類或星形膠質(zhì)細(xì)胞樣與成熟星形膠質(zhì)細(xì)胞相比，具有更高的分化能力，能重新構(gòu)建神經(jīng)元譜系，這一可能性有待于未來的研究。

參考資料

1. Reversing a model of Parkinson’s disease with in situ converted nigral neurons.Nature.

2. Ptbp1 deletion does not induce astrocyte-toneuron conversion.Nature.

3. Cell：神仙打架，體內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元轉(zhuǎn)分化，究竟可不可行？.生物世界.

4.『爭(zhēng)鳴』“glia-to-neuron”研究需謹(jǐn)慎，譜系示蹤不可缺——否定敲除Ptbp1后可以誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元.BioART.