Nature子刊：帕金森病的“新疗法”——细胞中引入自杀基因
通过在细胞中引入自杀基因来富集mDAneuron
帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种常见的神经退行性疾病，其病理表现为黑质致密部多巴胺能神经元（A9）丢失。目前对于该疾病的临床治疗主要有深部脑刺激（DBS）、苍白球选择性切除、口服左旋多巴等。而临床前研究主要聚焦于干细胞治疗。
即通过体外培养获得A9神经元的前体细胞，将其移植入受试者脑内（背侧纹状体或黑质致密部），以起到治疗作用。研究中发现移植入体内的细胞存在增值现象，且仅有少量细胞转化为A9神经元（20% TH , 79.29% TH GIRK2 among total TH ，Song et al., 2020）。
近期发表于Nature Communication 的这篇文章通过在移植的细胞中引入自杀基因（HSV-TK），在特定时间点通过药物诱导启动自杀基因的表达。以达到减少非目标细胞的增值，富集A9神经元的目的。
Cyclin D1:为G1/S特异性周期 蛋白－D1.能够推动细胞由G期到S期的转变。主要功能为促进细胞增殖。
tk-GCV系统：病毒、细菌、真核细胞中都存在胸苷激酶（HSV－tk）。甘昔洛韦（GCV）在胸苷激酶作用下生成三磷酸GCV，能够阻断DNA合成，进而产生细胞毒性。
首先通过体外实验验证带有自杀基因的Fail-SafeTM hPSC 细胞系，能够分化为 VM progenitor ，并成熟为TH 的 DA neuron。为了验证 自杀基因的有效性，在分化进行到D8时，向培养基中添加GCV(10 μM)，5天后，所有PSC细胞均死亡，但 VM progenitor 的死亡率仅为59.2%。
考虑到GCV仅作用于S期复制中的DNA，作者考虑这种差异是否由细胞周期的时间长度不同造成。 通过EdU标记实验证实在细胞成熟过程中细胞周期中S期的占比减少(PSCs: 55%, VM: 44%），并且VM progenitor 相较于 PSCs 细胞S期更短。因此延长GCV作用时间，达到杀死 VM progenitor 的目的。
图一 通过体外实验研究PSC和VM祖细胞的细胞周期动力学，优化GCV诱导的细胞死亡的条件
通过体内追踪发现，在移植后5周graft 的体积开始急剧增加，10周后体积增加速度减慢，24周时基本稳定。
而KI67 细胞比例在第五周是最高，10周后开始急剧减少，24周时基本消失。而DA neurons 的总数在第5周至24周基本保持不变。由此可以说明第五周以后graft 体积的增加，主要是由PSC分化增殖为其他细胞造成。
图二 追踪graft的扩增和DA neuron的发生
从移植后第五周开始对移植动物进行腹腔注射GCV，一直持续至13周。在第24周时测试行为学，发现GCV的作用仅限于减小graft的体积，并不会对治疗效果造成影响。
具体表现为仅用GCV处理的组和仅做损伤处理的组，均表现出明显的运动能力衰退。细胞治疗组和细胞 GCV治疗组均表现出运动能力的恢复，且两组之间并行为学无明显差异。
同时细胞 GCV治疗组表现出更小的graft体积，更少的HNA细胞数和TH 细胞数量。同时TH 细胞的密度显著增加。而TH fiber density 无明显改变。
图三 早期而持续的GCV处理能够有效阻止graft的增殖而不影响其功能，同时不影响DA neuron组成
进一步测试GCV处理后graft中的细胞组成，发现NeuN HNA neurons,SOX9 HNA astrocytes 和 CC1 HNA oligodendrocytes数量均减少。
而HNA 的细胞中神经元比例增加，其中TH 的细胞比例显著增加。SOX9 astrocytes 的细胞显著减少（约33%）。而非神经细胞减少约46%。移植后6个月时，graft中增殖细胞减少约41%。
图四 FailsafeTM系统显著减少了VM祖细胞移植物内神经细胞和非神经细胞的数量
本实验通过将肿瘤治疗中常用的自杀基因系统引入干细胞治疗领域，为干细胞治疗研究中细胞富集提供了新的思路。
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