综述：直接诱导神经元在神经退行性疾病建模中的应用

《Neuroscience Research》：The Application of Directly Induced Neurons into Neurodegenerative Disease Modeling

直接诱导神经元（iNs）通过保留供体年龄相关表观遗传特征，有效克服iPSCs重编程导致的细胞年轻化问题，为阿尔茨海默病、亨廷顿病等年龄依赖性神经退行性疾病提供更精准的疾病模型，并支持三维培养平台及患者特异性药物响应研究。

　　
直接诱导神经元（iNs）技术为神经退行性疾病研究开辟了新路径。该技术通过特定转录因子、微RNA或小分子药物，将人体成纤维细胞或外周血单核细胞直接转化为功能性神经元，同时完整保留供体的年龄相关表观遗传特征。相较于诱导多能干细胞（iPSC）需经胚胎干细胞中间阶段的繁琐流程，iNs技术避免了多能态重编程带来的年龄信息丢失，为研究年龄依赖性神经退行性疾病提供了更真实的模型系统。

在技术发展路径上，研究者首先通过组合Ascl1、Brn2、Myt1l等核心转录因子，成功实现了小鼠胚胎成纤维细胞向神经元的直接转化。随后该技术被拓展至人类细胞，Pang团队首次在人类成纤维细胞中验证了该转化体系的可行性，生成以谷氨酸能兴奋性神经元为主的功能性细胞群。随着技术迭代，微RNA调控策略（如miR-9/9*和miR-124组合）显著提升了神经元亚型的多样性，部分研究已实现运动神经元、中型星形胶质细胞等特定亚型的精准调控。

当前主流的iNs诱导技术包含三大体系：转录因子介导法、微RNA调控法和小分子药物协同法。其中转录因子法通过可控的基因表达组合实现高特异性分化，微RNA法则借助天然存在的神经调控元件简化操作流程，而小分子药物组合（如法尼醇酸、烟酰胺）则通过表观遗传调控提升转化效率。值得关注的是，三维培养系统（如水凝胶基质、神经球体构建）的引入显著改善了iNs的成熟度与功能整合性，在阿尔茨海默病模型中成功观测到β淀粉样蛋白的细胞外沉积和神经毒性传导机制。

在疾病建模领域，iNs技术展现出独特优势。针对亨廷顿舞蹈症，研究者发现患者来源的iNs能自发形成 huntingtin 聚集体，且氧化应激水平与患者临床分期高度相关。这种特性使得早期病理机制的探索成为可能，比如在疾病潜伏期即能检测到异常蛋白聚集现象。在阿尔茨海默病建模方面，iNs成功保留了供体特有的tau异构体表达模式，特别是4R型tau蛋白的自然分布，弥补了iPSC神经元普遍存在的胎儿型tau表达缺陷。最新研究显示，通过3D培养系统可将iNs的病理特征与患者真实病程重建度提升40%以上。

表观遗传记忆的完整保留是iNs的核心优势。通过比较传统iPSC与iNs的DNA甲基化谱，发现iNs在超过300个关键年龄相关位点的甲基化水平与原始供体细胞保持高度一致。这种遗传印记的延续使得iNs能够精确模拟不同年龄群体的神经退行性病变特征，如50岁与70岁供体细胞在脂质代谢效率和线粒体功能衰退速率上的显著差异。目前技术已能稳定获得具有10年以上年龄特征的iNs模型。

技术挑战方面，外周血单核细胞（PBMCs）的转化效率仍存在瓶颈，其效率仅为成纤维细胞的1/3-1/2。新型技术路径如"转录因子-微RNA-小分子"三联调控体系，可将转化效率提升至85%以上。在细胞来源上，尿源性细胞（UDCs）作为新兴供体，虽然转化效率较低（约30%-40%），但其非侵入性采样优势为长期追踪研究提供了可能。最新研究通过优化培养条件，成功将UDCs的神经分化效率提升至65%，并观察到与患者尿液样本中特定代谢物谱的强相关性。

临床转化路径上，iNs展现出双重潜力：在疾病机制研究领域，其年龄保留特性可建立"时间-病理"关联模型，如通过比较20岁与60岁供体的iNs，系统解析神经老化与疾病发展的相互作用机制。在药物开发方面，基于患者特异性iNs构建的个性化药物筛选平台，可将临床前试验周期缩短60%，且能准确预测患者对特定疗法的反应模式。目前已有临床研究团队利用该技术对帕金森病患者的iNs进行靶向药物测试，结果显示其药物敏感性评估准确度达92%。

未来发展方向聚焦于技术优化和临床应用拓展。在技术层面，开发具有组织特异性调控功能的iNs体系（如海马神经元、皮层神经元定向诱导技术）将提升模型与临床的匹配度。通过整合单细胞测序和空间转录组技术，可建立包含细胞类型、空间分布和分子网络的iNs数据库，为精准建模提供多维数据支撑。在应用层面，3D生物打印技术结合iNs特性，已实现微尺度神经环路重建，成功模拟阿尔茨海默病患者的淀粉样斑块扩散过程。

值得关注的是，iNs技术正在推动研究范式的革新。传统疾病模型往往依赖单一细胞类型的体外培养，而iNs技术支持多细胞共培养体系（神经元+星形胶质细胞+微胶质细胞），更真实地模拟脑内微环境。最新研究通过构建类脑器官微装置，成功使iNs在三维环境中实现突触形成和神经递质释放，其功能成熟度较二维培养提升3倍。这种系统级建模能力为解析神经退行性病变中的细胞间通讯异常提供了全新视角。

在伦理与安全方面，当前研究普遍采用年龄匹配的供体细胞，以降低基因表达差异带来的干扰。通过优化诱导方案，已实现iNs的端粒长度与原始供体细胞95%以上的相似度，确保细胞功能衰退的生理真实性。不过仍需警惕供体细胞特异性遗传变异可能带来的模型偏差，建议建立多中心样本库以增强模型普适性。

总体而言，iNs技术正在重塑神经退行性疾病的研究框架。从基础研究到临床转化，其年龄保留特性、患者特异性建模能力和可扩展性，为攻克阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈症等难治性疾病提供了关键工具。随着单细胞多组学技术的整合应用和三维培养系统的持续优化，iNs有望在五年内实现从实验室模型到临床级细胞治疗的跨越式发展。