华人教授陈功Cell子刊发表新成果

最近，宾夕法尼亚州立大学华人教授陈功带领的研究小组，首次使用一种小分子鸡尾酒，将人类脑细胞（称为星形胶质细胞）转化为功能性的神经元，用于脑修复。相关研究结果发表在十月十五日的Cell子刊《Cell Stem Cell》。

　　

生物通报道：宾夕法尼亚州立大学生物系教授陈功，致力于“突触发生与可塑性”和“神经干细胞”等方面的研究，这些研究的重要性在于对神经发育、学习记忆、神经损伤后的修复有直接的关系，这些研究的突破对于目前没有很好治疗办法的神经系统疾病的防治，将产生积极的影响。其带领的研究小组先后在Cell、PNAS、Neuron、Mol Cell、Nature Neuroscience等世界顶尖杂志发表数十篇高水平论文，获得多项奖励。

最近，陈功教授带领的研究小组，首次使用一种小分子鸡尾酒，将人类脑细胞（称为星形胶质细胞）转化为功能性的神经元，用于脑修复。这项新技术有望在将来开发一种药物，患者通过口服就可以再生神经元并修复外伤、中风或疾病（如阿尔茨海默氏病）后丧失的脑功能。以往的研究，如传统的干细胞疗法，需要脑外科手术，因此更容易是侵入性的，容易产生免疫系统排斥和其他问题。相关研究结果发表在十月十五日的Cell子刊《Cell Stem Cell》。相关阅读：华人学者重要成果连发四权威期刊。

陈功教授指出：“我们发现了一种小分子鸡尾酒，可在化学处理后的八到十天，将人脑星形胶质细胞重编程为神经元样的细胞。研究人员重编程的这些神经元，能够在细胞培养中存活超过五个月，在那里它们形成功能性的突触网络。科学家也向活鼠大脑中注入了重编程的人体神经元，在那里它们整合到了神经回路中，并存活至少一个月的时间。

陈功介绍说：“小分子不仅易于合成和包装成药物，而且比现在正在开发的其他方法更方便患者使用。”在这项新技术开发出药物之前，必须首先通过实验室的开发和测试，然后通过一系列的临床试验。

大脑具有称为神经元的神经细胞，另一种称为神经胶质细胞，其包括星形胶质细胞——是大脑神经系统的重要组成部分。健康的星形胶质细胞包围神经元并为它们提供支持、保护、氧气和养分。但是，当脑组织受到中风或外伤的损伤后，星形胶质细胞的反应加倍——有时反应过度以至于会形成疤痕堵塞神经系统。这些胶质疤痕可以通过阻止神经再生、阻断不同脑区域之间的神经间通信，而引发健康问题。

多年来，星形胶质细胞瘢痕一直是一个很困难的研究挑战。此前陈功带领的研究小组发明了一种方法，用病毒颗粒将星形胶质细胞转化为神经元。但是陈功教授还想探讨，小分子化合物——它更可能被封装成可吞咽的药片，是否可将星形胶质细胞转化为神经元。

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陈功研究小组的五名学生，在研究生张磊的带领下，测试了几百种不同的条件，最终确定了一种小分子鸡尾酒，可以在实验室培养皿中将人类星形胶质细胞转化为功能性神经元。学生们发现，按照一定的顺序添加小分子，可将培养的人星形细胞从一个扁平的多边形转化为神经元样的形状，具有长长的“手臂”，称为轴突和树突。陈教授说：“这些化学生成的神经元，在放电活动和神经递质的释放方面，可与正常脑神经元媲美。重要的是，人类星形胶质细胞转化的神经元，可在细胞培养中存活时间超过五个月，移植后在活体小鼠的大脑中存活超过一个月的时间。”

陈功教授承认，许多技术问题尚未得到解决，但是他希望，在未来这项新技术可能广泛应用于治疗中风、阿尔茨海默氏症、帕金森病和其他神经系统疾病。他说：“我们的梦想是，有一天，脑功能紊乱的患者可以在家里进行药物治疗，在他们的大脑中再生神经细胞，而无需任何的脑外科手术，也无需任何细胞移植。我们发明的小分子鸡尾酒，可以帮助我们一步步接近这个梦想。”

（生物通：王英）

注：陈功教授1987年毕业于复旦大学，随后师从中国科学院上海生理研究所冯德培院士攻读博士学位。博士毕业后先后在耶鲁大学、斯坦福大学进行博士后研究。现任美国宾夕法尼亚州立大学生物学系Verne M. Willaman冠名教授。研究兴趣主要集中于“突触发生与可塑性”和“神经干细胞研究”等方面。这些研究的重要性在于对神经发育、学习记忆、神经损伤后的修复有直接的关系，这些研究的突破对于目前没有很好治疗办法的神经系统疾病的防治将产生积极的影响。陈教授先后在Cell，PNAS，Neuron，Mol Cell，Nature Neuroscience等世界顶尖杂志发表数十篇高水平论文，获得多项奖励。

生物通推荐原文摘要：
In Vivo Direct Reprogramming of Reactive Glial Cells into Functional Neurons after Brain Injury and in an Alzheimer’s Disease Model
Summary: Loss of neurons after brain injury and in neurodegenerative disease is often accompanied by reactive gliosis and scarring, which are difficult to reverse with existing treatment approaches. Here, we show that reactive glial cells in the cortex of stab-injured or Alzheimer’s disease (AD) model mice can be directly reprogrammed into functional neurons in vivo using retroviral expression of a single neural transcription factor, NeuroD1. Following expression of NeuroD1, astrocytes were reprogrammed into glutamatergic neurons, while NG2 cells were reprogrammed into glutamatergic and GABAergic neurons. Cortical slice recordings revealed both spontaneous and evoked synaptic responses in NeuroD1-converted neurons, suggesting that they integrated into local neural circuits. NeuroD1 expression was also able to reprogram cultured human cortical astrocytes into functional neurons. Our studies therefore suggest that direct reprogramming of reactive glial cells into functional neurons in vivo could provide an alternative approach for repair of injured or diseased brain.