于山平教授：一种能帮助恢复中风后大脑功能的新方法

一种发光的蛋白质能让小鼠的干细胞帮助中风患者恢复。

　　

埃默里大学的神经科学家于山平（Shan Ping Yu）说，细胞移植疗法为中风后的恢复提供了一种有希望的途径，但是移植后的细胞面临严峻的环境，自由基和促炎性细胞因子水平升高，血液供应受损，神经连通性下降。他和他的同事希望能建立一种新方法，帮助干细胞在植入后与宿主神经回路整合。

这一研究发现公布在Journal of Neuroscience杂志上。

科学家早就知道，刺激移植的神经干细胞能帮助它们分化为神经元，与附近的宿主细胞连接。为此许多研究人员希望利用光遗传学激发移植的干细胞，但是由于光在致密组织中的传播很差，因此该技术要求研究人员将激光照射到受试者的大脑中。因此在这项研究中，研究人员转而使用一种能使萤火虫和水母发光的酶：萤光素酶。于教授表示：“这些蛋白质自身可以发光，因此它们不需要光源。”

首先，研究人员将源自诱导性多能干细胞（iPSC）的神经祖细胞注射到中风小鼠模型的大脑中。这些细胞经过基因工程改造后可以表达一种融合蛋白，称为发光蛋白3（LMO3），该融合蛋白是由生物发光酶Gaussia荧光素酶和光敏蛋白VChR1合成的。LMO3通过物理光或称为CTZ的分子而激活，该分子可以通过鼻子无创地输送到大脑组织中。融合蛋白可以连接到神经元的兴奋性或抑制性通道上，刺激或抑制细胞功能。于教授等人称这种新技术为“光化遗传学（optochemogenetics，生物通注）”。

研究人员每天用CTZ治疗部分注射iPSC的小鼠，而另一组则接受光刺激。与移植到没有受到任何刺激的小鼠体内的细胞相比，两组经过治疗的动物的细胞与周围神经元的连接更多。而且受CTZ或光刺激的细胞还生长了更多的绝缘轴突，神经元之间的信号传输速率增加了，也更好地修复了丘脑和皮层之间受损的连接。

一系列的行为测试表明，经过治疗的小鼠在数周内也恢复了之前丧失的感觉运动功能，除其他参数外，还显著改善了其敏捷性。

于教授说：“在某些任务上，它们甚至可以恢复到正常的（中风前）水平，这是非常令人兴奋的结果。”

德州大学生物医学研究所的神经科学家Marcel Daadi说，促进细胞存活仍然是基于干细胞的中风治疗的主要挑战。能够通过鼻腔给药来刺激干细胞是“确保药物广泛分布，刺激几乎所有移植细胞的聪明方法。”

Daadi说，如果这种方法证明对人类可行，那么也可以用于除中风治疗之外的其他应用，例如，帮助重建因帕金森氏病或脑外伤而受损的神经回路。 

（生物通）

作者简介：

于山平，美国埃默理大学医学院（Emory University School of Medicine) 冠名讲座教授 （终身教职） ，美国神经科学学会、美国心脏学会、美国神经化学学会会员。

于山平1977年毕业于首都医科大学后留校任教，1979年在军事医学科学院药理毒理研究所攻读研究生，1982年获硕士学位，1986年赴美国纽约州立大学石溪分校学习，1990年获博士学位。在美国霍华德·休斯医学研究所接受博士后训练后，于1992年任华盛顿大学助理教授，1998年为副教授。2002年任美国南卡医科大学副教授。现为美国埃默里大学冠名讲座教授（终身教职，获O. Wayne Rollins Chair基金长期资助）。

研究方向包括：缺血缺氧条件下神经细胞和非神经细胞离子及分子死亡机制。首先揭示了钾离子和钾离子孔道在细胞凋亡中的关键作用，并继而确立了凋亡的离子机制理论。近几年科研内容扩展到脑和其它器官损伤的干细胞疗法。首创干细胞移植与缺氧予处理的结合疗法，显著提高移植细胞的成活率和促进再生功能。成功开发了药物低温治疗卒中和脑损伤的新疗法。

于山平多年来以首席科学家获美国 NIH、退伍军人部和美国心脏学会的持续资助。在Science、PNAS以第一作者，Nature Medicine，Nature Communication以共同作者以及其它学术期刊发表了 130 多篇学术论文及 40 多篇综述和专著。其所发表文章的 H 指数为 55。

他还担任Brain Research、Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism、Stroke 等多家美国期刊的专业编委和审稿人。

原文标题：

S.P. Yu et al., “Optochemogenetic stimulation of transplanted iPS-NPCs enhances neuronal repair and functional recovery after ischemic stroke,” J Neurosci, 39:6571–94, 2019.