科学家恢复了因遗传缺陷而受损的脑细胞功能

科学家最近在针对一种罕见遗传性疾病的研究上有所进展。该研究可能对其它遗传性疾病的治疗也有借鉴作用。(Shutterstock)

【新唐人北京时间2024年06月13日讯】科学家找到了一种方法，恢复了因一种罕见的高风险遗传性疾病而受损的脑细胞。

一个研究小组在《自然》（Nature）杂志4月24日发表的论文中说，一种被称为“反义寡核苷酸”（antisense oligonucleotide）的药物可使人类神经元簇正常发育，即使它们携带导致蒂莫西氏症（Timothy syndrome）的突变。

此方法有助于研究人员开发针对其它遗传疾病的治疗方法，包括一些导致精神分裂症、癫痫、过动症和自闭症谱系的疾病。

“这让人兴奋，因为我们现在有了一个工具。”史丹佛大学精神病学和行为科学教授、该研究的资深作者塞尔吉乌?帕斯卡（Sergiu Pasca）博士说。

“对于许多我们认为无法治愈的疾病来说，这是一个新时代的开始。”未参与这项研究的贝勒医学院教授胡达?佐格比（Huda Zoghbi）博士说。

但佐格比说，上述这些疾病大多涉及多个而非单一一个基因，目前科学家对这些多基因疾病尚没有足够的了解，无法用反义寡核苷酸对它们进行有效的治疗。

由罕见疾病得到的启发

全球诊断出蒂莫西症候群的人数不到100人。患有这种疾病的儿童通常患有心脏病、自闭症、癫痫、发育迟缓和智障。

但由于蒂莫西症候群是由单一基因突变引起的，因此科学家找到了一种研究影响大脑发育变化的方法。

帕斯卡说，“基因上非常明确定义的罕见病症是了解其它更常见疾病的窗口，或‘罗塞塔石碑’（Rosetta Stones）。”因此，他在过去15年里一直在研究导致蒂莫西综合症的y基因突变是如何改变脑细胞的。

首先，帕斯卡及其团队使用蒂莫西氏症患者的皮肤细胞在携带突变基因的培养皿中培养神经元。然后，继续研究大脑“类器官”（brain organoids）的突变，类器官是一簇活的人类神经元，它们将自己组装成类似脑组织的结构。

接下来，团队创建了大脑“组合体”（brain assembloids），其中涉及几个彼此连接和相互作用的类器官，就像发育中的大脑某些区域一样。

2022年，团队将带有蒂莫西症候群基因突变的类器官移植到新生老鼠的大脑中。与培养皿相比，这使得脑细胞有了更长的时间进行发育。

修复每一个细胞

所有这些实验使帕斯卡的团队能够详细了解蒂莫西综合症是如何影响大脑细胞的。

他们发现，突变发生在一个名为CACNA1C的基因上，该基因参与控制钙离子进出细胞的流动。这种“钙讯号传导”反过来会控制细胞发挥其功能所需的许多过程。

帕斯卡的实验室表明，带有蒂莫西综合症突变的神经元细胞异常的小，并且与其它神经元形成连接的能力较差。某些突变的神经元在发育过程中从大脑的一个区域迁移到另一个区域的能力也有受损。

“我们基本上已对这些异常情况进行了分类。”帕斯卡说，“在某一时刻，当我们收集到了有关这种疾病的足够信息，一种治疗方法就会自然浮现。”

此方法意味着开发一种反义核苷酸，这是一小段合成遗传物质，它可以改变细胞产生的蛋白质。治疗蒂莫西氏症的反义核苷酸旨在以健康的蛋白质取代有缺陷的蛋白质，这样它就实质上抵消了导致该疾病的基因突变。

为了看看这种反义核苷酸药物是否有效，团队用新生老鼠做了一项实验。首先，将含有蒂莫西症候群突变的大脑类器官移植到老鼠的大脑皮质。随着类器官的生长，开始出现与蒂莫西患者大脑相同的缺陷。然后，研究小组将反义核苷酸药物注射到老鼠的神经系统中。“几天之内，它就开始挽救或恢复我们多年来所观察到的所有缺陷。”帕斯卡说。

类器官中的神经元变得更大并与其它神经元形成更多的连结。细胞也正常迁移并具有电活动，表示钙信号系统可以正常运作了。

将成果应用到人类大脑

实验室希望，未来几年内在蒂莫西氏症候群患者身上尝试这种反义核苷酸药物（或称“反义药物”，antisense drugs）。他们也正在研究钙信号传导——蒂莫西综合症中受影响的细胞过程——如何在更常见的疾病中发挥作用，包括精神分裂症（schizophrenia）、双相情感障碍（bipolar disorder）和自闭症谱系障碍（autism）。