布萊克肖團(tuán)隊(duì)指出,付向東團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)論可能是在一些神經(jīng)元表達(dá)泄露的小鼠上獲得的,這些小鼠在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)被剔除,付向東團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中缺乏必要的變量控制。
(資料圖片)
付向東團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化可能是由于現(xiàn)有神經(jīng)元泄露導(dǎo)致的可能性仍待驗(yàn)證,但目前的scRNA-seq和免疫染色數(shù)據(jù)表明,與成熟星形膠質(zhì)細(xì)胞相比,星形膠質(zhì)細(xì)胞亞類或星形膠質(zhì)細(xì)胞樣具有更高的分化能力,能重新構(gòu)建神經(jīng)元譜系。
付向東。圖片來(lái)源:腦科學(xué)世界
抑制Ptbp1蛋白可以使大腦中的星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元嗎?這是膠質(zhì)細(xì)胞——神經(jīng)元轉(zhuǎn)分化領(lǐng)域中一個(gè)懸而未決的爭(zhēng)議。近日,這一領(lǐng)域再起波瀾。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月7日,《自然》(Nature)雜志在“Matters Arising”欄目刊登了著名神經(jīng)科學(xué)家美國(guó)約翰·霍普金斯醫(yī)學(xué)院(John Hopkins University School of Medicine)賽斯·布萊克肖(Seth Blackshaw)教授團(tuán)隊(duì)與西湖大學(xué)講席教授付向東團(tuán)隊(duì)的“爭(zhēng)論”。
布萊克肖團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,Ptbp1敲除不會(huì)誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化,付向東團(tuán)隊(duì)則認(rèn)為敲低Ptbp1可以誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化。
突破
“爭(zhēng)論”起源于當(dāng)時(shí)還在美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的付向東團(tuán)隊(duì)2020年6月發(fā)表于《自然》的一篇封面論文。在該文章中,付向東團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一項(xiàng)振奮人心的發(fā)現(xiàn):在星形膠質(zhì)細(xì)胞中敲低Ptbp1可以在帕金森小鼠模型中誘導(dǎo)產(chǎn)生新的多巴胺功能性神經(jīng)元,重建受損的神經(jīng)環(huán)路,并有效治療帕金森綜合征相關(guān)的運(yùn)動(dòng)障礙。
付向東團(tuán)隊(duì)2020年發(fā)表于《自然》的論文截圖。
這項(xiàng)研究被認(rèn)為是神經(jīng)退行性疾病治療的新突破,對(duì)帕金森綜合征及其他神經(jīng)退行性疾病提供了極具前景的治療策略。在這項(xiàng)研究之前,2020年4月,中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所楊輝團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》(Cell)發(fā)文,報(bào)道了運(yùn)用CRISPR-CasRx系統(tǒng)在小鼠中敲低Ptbp1,實(shí)現(xiàn)了高效且特異地將紋狀體中星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成為多巴胺神經(jīng)元用以改善小鼠中帕金森疾病的癥狀。
楊輝團(tuán)隊(duì)2020年4月發(fā)表于《細(xì)胞》雜志的論文截圖。
兩項(xiàng)研究相互背書,提示Ptbp1的重要作用。在付向東團(tuán)隊(duì)2020年的論文發(fā)表時(shí),《自然》的審稿人之一、瑞典卡羅林斯卡學(xué)院(Karolinska Institute)帕金森疾病領(lǐng)域?qū)<褽rnest Arenas教授專門撰寫了評(píng)論文章,對(duì)這兩項(xiàng)研究的結(jié)果作出高度評(píng)價(jià),尤其是在臨床轉(zhuǎn)化上的重大意義。不過(guò),付向東和楊輝后陷入學(xué)術(shù)剽竊風(fēng)波。
常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病如帕金森綜合征、腦萎縮、阿爾茨海默病等,致病的根源都是相關(guān)神經(jīng)元的“消逝”。如果能使神經(jīng)元再生,神經(jīng)退行性疾病或許就迎來(lái)了“解藥”。因此,科學(xué)家們一直在嘗試通過(guò)各種方法來(lái)修復(fù)神經(jīng)元。這一議題還被認(rèn)為是諾獎(jiǎng)級(jí)別的研究課題。
膠質(zhì)細(xì)胞廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng),是最接近神經(jīng)元的細(xì)胞,大多數(shù)神經(jīng)元再生研究都圍繞膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化展開(kāi)。在以往的研究中,這種轉(zhuǎn)變成功率較低,直到付向東團(tuán)隊(duì)研究的出現(xiàn)。
付向東團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種只需一步轉(zhuǎn)分化即可產(chǎn)生功能性神經(jīng)元的策略。通過(guò)在體外用慢病毒敲低Ptbp1,四周后發(fā)現(xiàn)一半以上的星形膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出神經(jīng)元的形態(tài)學(xué)特征;更為重要的是,在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi),這種效應(yīng)能夠通過(guò)反義寡核苷酸(ASO)較為簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。
據(jù)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》報(bào)道,付向東團(tuán)隊(duì)的文章發(fā)表后,全球至少有10個(gè)神經(jīng)科學(xué)研究組立即著手重復(fù)實(shí)驗(yàn),但大約只有三分之一的團(tuán)隊(duì)得到了相同的結(jié)果,其余團(tuán)隊(duì)或認(rèn)為新生的神經(jīng)元并非來(lái)自成熟的星形膠質(zhì)細(xì)胞,或認(rèn)為功能性神經(jīng)元不可再生。
質(zhì)疑
轟動(dòng)過(guò)后,質(zhì)疑聲逐漸出現(xiàn)。
美國(guó)得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心(University of Texas, Southwestern Medical Center at Dallas)的張春立教授就曾提出質(zhì)疑,通過(guò)嚴(yán)格的譜系追蹤,張春立團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)小鼠大腦中出現(xiàn)的新生神經(jīng)元不是由星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化而形成的,而可能是由于病毒載體泄露感染的內(nèi)源性神經(jīng)元。當(dāng)?shù)貢r(shí)間2021年9月27日,相關(guān)論文發(fā)表于《細(xì)胞》雜志上。
張春立團(tuán)隊(duì)2021年發(fā)表于《細(xì)胞》雜志的論文截圖。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2021年10月5日,布萊克肖團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本網(wǎng)站BioRxiv上發(fā)表文章提出質(zhì)疑,他們通過(guò)譜系追蹤、單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)及電生理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在視網(wǎng)膜穆勒膠質(zhì)細(xì)胞(retinal M?ller glia)或大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞(Astrocytes)中特異性地敲除Ptbp1并不能有效誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年6月14日,布萊克肖團(tuán)隊(duì)將前述研究中關(guān)于視網(wǎng)膜穆勒膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化研究結(jié)果正式發(fā)表于《細(xì)胞-報(bào)告》(Cell Reports)上,關(guān)于大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞的部分則于當(dāng)?shù)貢r(shí)間2023年6月7日正式發(fā)表于《自然》雜志。
在布萊克肖團(tuán)隊(duì)6月7日的《自然》文章中,他們指出,付向東團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)論可能是在一些神經(jīng)元表達(dá)泄露的小鼠上獲得的,這些小鼠在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)被剔除,因此他們認(rèn)為,付向東團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中缺乏必要的變量控制。
通過(guò)譜系追蹤系統(tǒng)和scRNA-seq,布萊克肖團(tuán)隊(duì)分析了攜帶Ptpb1雜合或純合突變體的星形膠質(zhì)細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)無(wú)論神經(jīng)元是否損傷,敲除Ptbp1都不會(huì)誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元轉(zhuǎn)換。并且,敲除Ptbp1不會(huì)改變膠質(zhì)細(xì)胞的生理特性。
布萊克肖團(tuán)隊(duì)又對(duì)小鼠皮質(zhì)、紋狀體、黑質(zhì)的野生型、雜合子和純合子Ptbp1缺失星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序,未能觀察到神經(jīng)元特異性基因表達(dá)的改變。他們認(rèn)為,這突出了使用譜系追蹤、基因表達(dá)譜分析等方法在研究細(xì)胞類型轉(zhuǎn)換中的重要性。
值得一提的是,2023年2月,楊輝團(tuán)隊(duì)也在《自然-基因治療》(Nature Gene Therapy)上發(fā)文,指出使用Cas13x敲低Ptbp1后無(wú)法在體內(nèi)誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化,否定了其團(tuán)隊(duì)2020年發(fā)表于《細(xì)胞》的研究結(jié)果,并認(rèn)為之前的結(jié)果是由載體泄露導(dǎo)致。
楊輝團(tuán)隊(duì)2023年2月發(fā)表于《自然-基因治療》的論文截圖。
回應(yīng)
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2023年6月7日,在與布萊克肖團(tuán)隊(duì)的質(zhì)疑文章同期的《自然》雜志中,付向東團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了回應(yīng)。
付向東團(tuán)隊(duì)2023年6月7日發(fā)表于《自然》的回應(yīng)文章。
在分析了布萊克肖團(tuán)隊(duì)的scRNA-seq數(shù)據(jù)后,付向東團(tuán)隊(duì)得出了相反的結(jié)論。付向東團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,布萊克肖團(tuán)隊(duì)所報(bào)告的Ptbp1敲除誘導(dǎo)的表型與其報(bào)告的Ptbp1敲低誘導(dǎo)的表型不同。Ptbp1敲除與敲低的不同反應(yīng)類似于另一種主要的負(fù)神經(jīng)發(fā)生調(diào)節(jié)因子Rest,Rest敲低促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生,而Rest敲除導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞和成熟神經(jīng)元死亡。由于遺傳補(bǔ)償,與基因敲除相比,越來(lái)越多的基因在敲低后顯示出不同的表型。
從機(jī)制上講,已知Ptbp1下調(diào)可在大多數(shù)細(xì)胞類型中誘導(dǎo)其新的區(qū)域旁系Ptbp2,Ptbp1和Ptbp2同時(shí)缺失則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。成功的星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化需要在Ptbp1敲低的細(xì)胞中降低Ptbp2表達(dá),就像在大腦發(fā)育過(guò)程中觀察到的那樣。這種Ptbp2的動(dòng)態(tài)調(diào)整能夠解釋敲除與敲低誘導(dǎo)的不同表型:在Ptpb1敲低細(xì)胞中,Ptbp2可能仍然能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控;然而,在Ptbp1敲除細(xì)胞中,誘導(dǎo)的Ptbp2可能被迫維持在高水平,以確保細(xì)胞的活力,從而防止神經(jīng)元重編程過(guò)程中所需的連續(xù)下調(diào)。
付向東團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化可能是由于現(xiàn)有神經(jīng)元泄露導(dǎo)致的可能性仍待驗(yàn)證,但目前的scRNA-seq和免疫染色數(shù)據(jù)表明,與成熟星形膠質(zhì)細(xì)胞相比,星形膠質(zhì)細(xì)胞亞類或星形膠質(zhì)細(xì)胞樣具有更高的分化能力,能重新構(gòu)建神經(jīng)元譜系,這是未來(lái)的研究要解決的問(wèn)題。
Matters Arising是《自然》為促進(jìn)學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴而設(shè)置的欄目。2020年8月,《自然-可持續(xù)性》(Nature Sustainability)曾發(fā)表社論介紹這一欄目,該文章表示,建設(shè)性的批評(píng)對(duì)學(xué)術(shù)辯論的推進(jìn)至關(guān)重要,同行評(píng)審的文章是學(xué)術(shù)研究系統(tǒng)的支柱之一,一篇文章的同行評(píng)審并不止于期刊出版。學(xué)術(shù)辯論最終會(huì)激發(fā)新的研究。
抑制Ptbp1蛋白是否可以使大腦中的星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元,還需要更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)證明。學(xué)術(shù)爭(zhēng)議無(wú)可厚非,正如付向東向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》所述,大大小小的爭(zhēng)論推動(dòng)科學(xué)不斷向前,“不能有質(zhì)疑就不做了,我在不斷地爭(zhēng)論中得到了很多新的看法。實(shí)事求是,對(duì)了就勇往直前,當(dāng)然錯(cuò)了就勇于承認(rèn)?!?/p>
據(jù)西湖大學(xué)官網(wǎng)信息,付向東1982年畢業(yè)于武漢大學(xué),并獲得病毒學(xué)學(xué)士學(xué)位,1983年通過(guò)中美生物化學(xué)聯(lián)合招生(CUSBEA)計(jì)劃留學(xué)美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué),并于1988年獲得生物化學(xué)博士學(xué)位,1988年至1992年在哈佛大學(xué)生化與分子生物系完成博士后訓(xùn)練。付向東1992年加入加州大學(xué)圣地亞哥分校細(xì)胞與分子醫(yī)學(xué)系,歷任助理教授(1992-1998)、副教授(1998-2002)、正教授(2002-2018)和杰出教授(2018-2022)。2023年1月,付向東從美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校離職,全職回國(guó),加盟西湖大學(xué)。
(原標(biāo)題:《自然》關(guān)注“神經(jīng)再生”研究真實(shí)性,中美頂級(jí)科學(xué)家發(fā)文“對(duì)峙”)
標(biāo)簽: