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开启帕金森氏病致病机理和干细胞移植治疗研究新篇章——山东省聊城大学/聊城市人民医院组织工程与再生研究所所长韩发彬

2017-04-28

帕金森病(Parkinson s disease,PD)是由于中脑多巴胺神经元凋亡引起的神经退行性疾病,发病率占65岁以上人口的1%。除了环境与职业性因素外,遗传因素在PD中起的作用近年来受到广泛的重视。遗传连锁分析与基因相关分析已在多个遗传位点鉴定出引起PD的基因突变,如呈常染色体显性遗传的α-synuclein和LRRK2基因,呈常染色体隐性遗传的Parkin、 Dj1、PINK1和PARL基因以及PD相关基因NURR1、GBA及ATP13A2等,提示线粒体功能障碍是PD基因突变的主要致病机理之一。近年来研究发现PD发病与溶酶体酶GBA基因相关,GBA基因突变最初由溶酶体病中鉴定出来。溶酶体病(Gaucher s disease,GD)与PD间存在病理性联系主要是通过GD患者的神经病理分析发现存在synuclein为主要形成的蛋白聚集体。一些GD患者的亲属患有PD综合征,并且在PD中鉴定出GBA基因突变。PD发病的主要原因是中脑黑质的多巴胺神经元凋亡,但转基因动物和基因敲除动物模型极少能呈现PD的特异性多巴胺神经元凋亡,故无法阐明PD基因突变的致病机理。

为了用人体细胞研究PD基因突变对多巴胺神经元的影响,聊城大学/聊城市人民医院组织工程与再生研究所所长韩发彬教授在国家自然科学基金面上项目(课题编号:81271251)的支持下,开展了“帕金森氏病GBA基因突变诱导多能干细胞模型建立及致病机理研究”,对GBA突变基因进行了筛选,观察中国人群GBA基因突变与帕金森氏病的关系,并采用体细胞重编程技术,用带有GBA基因突变的PD患者皮肤成纤维细胞产生诱导多能干细胞(iPS细胞)并分化成多巴胺神经元,用于探讨GBA基因突变导致PD的分子机理,并为PD药物治疗自体细胞移植创建细胞模型和提供细胞来源。同时探讨诱导多能干细胞对PD动物的移植治疗作用,为筛选PD药物和自体移植治疗提供理论和实验依据。

此研究探讨中国人群GBA基因突变与帕金森氏病(PD)的关系,对184个PD患者和130个正常人进行GBA基因全外显子测序分析。测序结果与Genebank标准序列进行对比分析,寻找基因序列变异。该研究发现3个新的基因突变位点5-bp deletion (c.334_338delCAGAA)、L264I 、L314V和9个已知基因突变。此研究利用诱导多功能干细胞(iPS)研究PD发病机理,发现PD患者(GBA突变)皮肤成纤维细胞,用逆转录病毒(编码基因OCT4、SOX2、KLF4、c-MYC)转染皮肤成纤维细胞,诱导产生iPS细胞。 将正常人和PD患者来源的iPS细胞定向分化为神经干细胞(NSCs)和神经细胞(包含多巴胺神经元),观察到正常人来源iPS细胞分化为神经干细胞(NSCs)和神经细胞的效率较高,其中正常人iPS细胞分化为NSCs的效率为76%,多巴胺神经元分化效率为33%。正常人来源iPS细胞分化的神经细胞形态明显,可见神经树突和轴突伸长。提示,GBA基因突变影响神经细胞的生长和发育过程。同时他们的研究发现PD患者(GBA突变)和正常人iPS细胞分化的多巴胺神经元基因表达谱和电生理功能有明显差异。采用基因芯片比较PD患者和与正常人的iPS细胞分化的多巴胺神经元的基因表达谱。利用膜片钳技术比较PD患者和正常人的iPS细胞分化的多巴胺神经元的电生理功能,观察到PD病人细胞膜动作电位与正常人有明显的差异。他们的研究还发现iPS来源的NSCs移植到PD大鼠模型,能够显著改善大鼠的运动障碍。通过建立6-OHDA诱导产生的PD大鼠模型,将iPS细胞分化为 NSCs,移植到PD模型,通过长期的运动行为学评估,发现能够显著改善PD大鼠运动障碍。同时,观察到移植的NSCs能够在PD大鼠中脑部存活,并分化为神经细胞和多巴胺神经元。由于iPS细胞克服了异体移植免疫排斥作用,iPS细胞对PD治疗具有巨大的临床应用价值。

专家简介

韩发彬教授,加拿大渥太华大学人类分子遗传学博士,2011年全职回国,担任聊城大学/聊城市人民医院组织工程与再生医学研究所所长,山东大学博士生导师,青岛大学和泰山医学院硕士研究生导师,主要从事神经系统疾病的致病基因克隆及干细胞治疗帕金森氏病研究。2000—2006年在渥太华大学卫生研究院作研究助理和博士研究生,2007—2010年在美国威斯康辛大学和约翰霍普金斯大学任资深研究员,2006年获得加拿大安大略省生物技术革新奖和加拿大渥太华大学优秀博士奖。科研项目得到国家自然科学基金和山东省科研基金支持,在NeurologyStem CellsMovement DisordersCytotherapyJ. of NeuroscienceJ. of Human Genetics等杂志发表SCI论文近30篇。现为中华医学会干细胞工程学组委员,中国医师协会神经修复专业委员会委员。