文献阅读-亨廷顿患者成纤维细胞转化为年龄相关的纹状体细胞构建

杀杀
最近因为课程接触了一些神经生物学以及神经退行性疾病的文献，写个总结，当作课外阅读啦~

Striatal neurons directly converted from Huntington’s disease patient fibroblasts recapitulate age-associated disease phenotypes

亨廷顿氏病患者成纤维细胞直接转化的纹状体神经元概括了与年龄相关的疾病表型
单位及作者：
华盛顿大学医学院：神经科学博士生 Matheus B.Victor；高级研究员 Michelle Richner；发育生物学副教授 Andrew S. Yoo

亨廷顿病(Huntington’s Disease)，简称HD。HD患者的脑部mHTT蛋白形成聚集体，患者纹状体萎缩、中等多棘神经元(MSNs)大量死亡。这会导致认知障碍等异常。HD患者4号染色体上的HTT基因突变。并且有一个显著的特征是CAG序列重复扩增(>36)。CAG重复长度与疾病严重程度直接相关，而与发病年龄成反比。

由于HD的发病机制还未明确，也无法完全治愈，因此在体外构建和人脑MSN相似的细胞对于HD发病的研究十分重要。之前的研究利用诱导多能干细胞（iPSC）分化得到MSNs，这个方法有一些缺陷，首先是没有明显的细胞死亡表型，需要更多毒性的诱导才能产生，并且处理需要的时间较长。其次没有发现HD患者的特征-mHTT聚集体，并且也需要长时间培养。还有就是这种诱导方法得到的细胞消除了年龄的痕迹，也就是细胞被重置为胚胎状态，这不利于在体外还原真实的HD-MSN状态。

而这篇文章利用基于miR-9 / 9 * -124 + CDM的神经元转化，直接在有症状的HD患者的成纤维细胞中（包括6至71岁，具有不同CAG重复扩增范围的男性和女性）进行了细胞重编程。发现HD成纤维细胞可以直接重编程为MSN，而与年龄或CAG重复数无关。文章将分析重点放在CAG重复数低于50的患者样本上，因为该范围反映了大多数成年人发病案例。

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文章在包含40、43或44个CAG重复序列（HD.40，HD.43和HD.44）的三个独立的HD患者成纤维细胞样本中验证了MSN转化，对照组是与前三个样本年龄和性别都匹配的，有19个，17或18 CAG重复的健康对照（Ctrls）（Ctrl.19，Ctrl.17和Ctrl.18）。在诱导后第30天（PID 30），HD-MSN表达了神经元标记TUBB3，NeuN和MAP2，GABA能神经元标记GABA和MSN标记DARPP-32。HD样本和对照样本之间的重编程效率没有显着差异，生成大约90％的MAP2和70–80％的GABA和DARPP-32阳性神经元。此外，神经元转换后，CAG重复长度保持稳定。（下两个图所展示的）

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接着文章对于转化后的HD-MSN和ctrl-MSN进行了电生理分析，这是为了测定神经细胞的功能特性是否正常。所有细胞在刺激后均显示出多种动作电位以及强大的内向和外向电流。 HD-和Ctrl-MSN均以相似的频率和相似的动作电位阈值显示自发动作电位。

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文章对所记录的一些被动膜特性进行了量化（c图），并检验了差异，发现在HD-MSN和Ctrl-MSN之间没有显着差异。但是d图可以看出与Ctrl-MSN相比，更多比例的HD-MSN激发了多个动作电位。

AP threshold AP阈值 membrane capacitance膜电容
delay to first spike 第一个峰值的延迟 membrane resistance膜电阻
max number of spike 最大峰数 resting potential静息电位

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接着文章对于转化前的成纤维细胞和转化后的MSN细胞进行了测序分析，并比较了基因表达热图，差异基因以及所富集的通路。

图左边是转化前的成纤维细胞，右边是HD和对照样品转化后的MSNs样本。文章对诱导后PID 32天的细胞进行了RNA测序（RNA-seq）分析，并比较了HD样本和对照样本中成纤维细胞和转化的神经元之间的基因表达谱。对15个具有代表性的成纤维细胞相关基因和48个高度富集于纹状体中的基因的分析表明，从HD和对照样品转化而来的神经元具有MSN特征。

对蛋白质编码基因的分析发现，在性别匹配的HD-MSN和Ctrl-MSN之间存在1,127个差异表达基因（DEG）（错误发现率（FDR）≤0.01和log2倍FC（LFC）≥0.5或≤-0.5）。HD-MSN中标识的几个DEG先前已与HD有关。

检测到基质金属蛋白酶9（MMP-9）的上调在死后人类HD大脑中显示增加，并显着降低纹状体神经元的存活。
HD-MSNs中亨廷顿相关蛋白1（HAP1）的下调，先前已显示出拮抗mHTT介导的细胞毒性的作用。并增强细胞活力。
HD-MSNs中的7-脱氢胆固醇还原酶（DHCR7）的下调，该酶以前在HD患者和小鼠模型中表达降低并被认为与HD特定的代谢途径改变有关。
检测到α-突触核蛋白（SNCA）的上调，这是一种易于聚集的蛋白质，显示在mHTT聚谷氨酰胺内含物中蓄积。α-突触核蛋白的过表达会加速多种小鼠模型中HD症状的发作。
发现NTRK2（也称为TRKB）是脑源性神经营养因子（BDNF）的主要受体，在HD-MSNs中被下调。 BDNF在HD病理学中的丢失已被广泛研究，并提出在MSNs变性中起关键作用。结果表明，mHTT可能在HD-MSNs的受体水平上诱导BDNF信号的下调。

另外，基因本体分析表明，HD-MSNs中的DEGs显着富集了与细胞分化相关的遗传网络，神经传递，钙信号传导，HD和凋亡。

这个导读概括了这篇文章结果的一小部分，还有更进一步的结果，读者可以进一步解读，还有一些和亨廷顿病相关的文章可以帮助我们更好地了解神经退行性疾病。多种神经退行性疾病差别很大，但也有其共通之处，欢迎大家交流讨论。

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5857213/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19498170/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4067603/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3804072/
https://www.nature.com/articles/s41593-018-0086-4
（可以按时间顺序阅读）