近日，香港大學醫學院（HKUMed）和香港城市大學（CityU）的研究人員已成功生成了具有強大治療潛力的人類神經干細胞（hNSCs），用于治療脊髓損傷。研究人員表明，通過減少名為SOX9的基因表達的人類多能干細胞（hPSC）衍生的神經干細胞，在脊髓運動神經元方向上進行了優先分化。當將這些神經干細胞移植到大鼠脊髓損傷模型中時，這些細胞生成成熟的神經元亞型，能夠整合并生長出投射到遠距離并與宿主神經元連接的軸突。受試者顯示出減少的膠質瘢痕，并且在運動和其他功能恢復方面出現顯著改善。研究團隊表示，他們的研究成果為開發新的治療機會鋪平了道路。

香港大學醫學院生物醫學科學學院副教授Martin Cheung Chi-hang博士表示：“我們的研究揭示了一種新的范式，通過使用基因靶向策略來激活內在的程序，增強了hNSCs在治療脊髓損傷方面的治療潛力。這種方法改變了移植物在損傷環境中的響應，賦予了其增強的神經分化能力、存活能力和整合能力，以及減少膠質瘢痕形成，從而為治療嚴重創傷性脊髓損傷提供了更有效的干細胞療法。”

這項研究成果發表在《Advanced Science》雜志上，題為“Transplanting Human Neural Stem Cells with ≈50% Reduction of SOX9 Gene Dosage Promotes Tissue Repair and Functional Recovery from Severe Spinal Cord Injury”。在其中，研究人員得出結論：“我們的發現代表了為治療脊髓損傷生成經過基因修飾的hNSCs的新范式。”

創傷性脊髓損傷（SCI）導致了與損傷部位及其周圍的運動和感覺功能有關的神經元逐漸喪失。SCI患者可能會出現永久性癱瘓或不同程度的功能障礙和感覺喪失，這取決于損傷的嚴重程度。目前，尚無有效的SCI治療方法。研究人員指出：“當前的臨床管理和治療方案的無效性可能導致SCI患者終身殘疾。”

香港大學醫學院的一個研究小組已經培育出具有強大治療潛力的人類神經干細胞，用于治療脊髓損傷，為新的治療機會鋪平了道路。研究小組成員包括(左起)Wu Ming-hoi, Hui Man-ning, Feng Xianglan, Chen Yong-long, Professor Daisy Shum Kwok-yan, Dr Martin Cheung Chi-hang, Professor Chan Ying-shing, Dr Tam Kin-wai and Amos Lo Lok-hang.。[香港大學]

由于在損傷部位周圍形成膠質瘢痕，限制了受損的神經元再生，因此SCI患者的運動和感覺恢復有限。研究人員指出：“在損傷愈合過程中，瘢痕可以阻止炎癥擴散，避免進一步損傷。”然而，這種屏障結構也阻礙了神經元再生。由于未受損神經元的內在再生能力較低，成年脊髓中也缺乏神經干細胞，因此無法恢復瘢痕周圍的脊髓神經元。“…脊髓內和瘢痕周圍的組織結構和結構無法恢復，因為哺乳動物中成年中樞神經系統（CNS）中的神經元內在再生能力低下，而且受損后的環境也無法恢復。”

以人類多能干細胞衍生的人類神經干細胞（hNSCs）移植到SCI部位被認為是一種有前途的治療策略，可以彌補脊髓神經元的損失，并有可能實現其與宿主神經元的連接，從而促進脊髓恢復。然而，損傷環境有利于膠質細胞的形成，而不是神經元的形成，這限制了移植的hNSCs的治療效力。研究人員繼續指出：“在受傷的脊髓中，敵意的微環境和生長因子的不足限制了移植的NSCs的治療效果，這主要取決于它們的存活、神經發生潛能、整合能力和軸向特性。”

大多數移植療法采用了生長因子混合物嵌入細胞外基質，以增強SCI嚙齒動物模型中移植的hNSCs的存活和神經發生潛能。然而，使用這種方法，hNSCs需要很長時間才能成熟，并且分化為較少數量的神經元亞型，這限制了SCI模型中的功能恢復程度。因此，迫切需要重新構建NSC移植物，以克服內在和外在的障礙，作為創傷性SCI的有效治療方法。研究人員進一步提出：“重新構建hNSC移植物以克服內在和外在的障礙，可能為創傷性SCI提供更有效的修復過程。”

作為轉錄因子SOX家族的一員，性別決定區Y-盒轉錄因子（SOX9）在維持NSC多潛能性方面發揮關鍵作用，之前的研究表明，持續的SOX9表達會阻止受傷脊髓中的新生神經元再生過程。研究人員解釋說：“SOX9的功能包括維持多能性神經干細胞特性，促進星形膠質細胞分化，抑制神經發生。”他們指出，這表明可以通過靶向SOX9來生成具有改進的神經發生潛能的hNSCs，這些細胞在治療SCI時可能更好地在敵意的環境中存活。

在他們的新研究中，研究團隊使用shRNA技術以劑量依賴的方式降低了hNSCs中SOX9基因的表達。他們始終發現，將hNSCs中的SOX9表達水平降低約50%會促進運動神經元的形成，而將SOX9表達降低得更低則會影響細胞的存活和更新。

這些發現表明，SOX9在調控神經形成的啟動、自我更新和存活方面起到劑量依賴的作用。研究人員還顯示，表達50% SOX9蛋白的hNSCs的增強神經發生潛能部分歸因于葡萄糖消耗的減少。在培養的SOX9降低表達細胞中，他們檢測到低葡萄糖攝取和顯著減少的糖酵解基因表達，“暗示SOX9在誘導和/或維持hNSCs中高糖酵解代謝方面起到作用。”有趣的是，科學家們進一步指出：“最近的研究揭示了從糖酵解到氧化磷酸化的代謝重塑在神經分化或/和再生過程中的作用。已經表明，hNSCs中的神經分化需要減少的有氧糖酵解，而在hNSCs中持續激活糖酵解基因則會導致強大的星形膠質細胞形成和神經元的凋亡。

脊髓損傷(SCI)引起神經損傷，損傷環境有利于SOX9的表達；hNSCs與半量SOX9移植可獲得獨特的內在能力，促進神經再生，延長軸突生長，并建立與宿主的神經元連接，恢復脊髓損傷動物的行走能力和溫度感覺。[香港大學]

體內測試確認，減少SOX9的hNSCs的神經發生和代謝特性在移植到大鼠脊髓損傷的部位后仍然保持不變，并且無需富含生長因子的基質。這表明受傷環境不會影響hNSCs的代謝狀態和神經分化潛力。

接受SOX9 KD移植的SCI大鼠的移植物廣泛分布在損傷部位。更重要的是，作者繼續指出，移植物展示了出色的整合特性，主要分化為運動神經元，并減少了膠質瘢痕基質的積累，以促進長距離軸突生長和與宿主神經元的連接，從而顯著改善了接受者動作和體感功能。”這些結果表明，具有一半SOX9基因劑量的hNSCs能夠克服內在和外在的障礙，具有強大的移植治療創傷性SCI的治療潛力。”

他們進一步得出結論：“我們的研究揭示了一種新的范式，通過使用基因靶向策略來激活內在的程序，增強了移植的hNSCs的治療潛力。這種方法改變了移植物在損傷環境中的響應，賦予了其增強的分化能力、存活能力和整合能力，以及減少膠質瘢痕形成，從而為嚴重創傷性SCI提供更有效的干細胞療法。”

該團隊表示，為了實現其研究成果的臨床轉化，未來的努力應集中在開發基因策略，將hNSCs中SOX9活性或表達水平降低約50%，以用于治療SCI患者的移植治療。

參考文獻：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202205804

編輯：王洪

排版：李麗