作者:曹年润 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/6/10 22:08:29
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《自然》关注“神经再生”研究真实性,两位顶尖科学家“对峙”

 

布莱克肖团队指出,付向东团队的研究结论可能是在一些神经元表达泄露的小鼠上获得的,这些小鼠在实验开始前应被剔除,付向东团队在实验中缺乏必要的变量控制。

付向东团队认为,星形胶质细胞到神经元的转化可能是由于现有神经元泄露导致的可能性仍待验证,但目前的scRNA-seq和免疫染色数据表明,与成熟星形胶质细胞相比,星形胶质细胞亚类或星形胶质细胞样具有更高的分化能力,能重新构建神经元谱系。

付向东。图片来源:脑科学世界

抑制Ptbp1蛋白可以使大脑中的星形胶质细胞转化为神经元吗?这是胶质细胞——神经元转分化领域中一个悬而未决的争议。近日,这一领域再起波澜。

当地时间6月7日,《自然》(Nature)杂志在“Matters Arising”栏目刊登了著名神经科学家美国约翰·霍普金斯医学院(John Hopkins University School of Medicine)赛斯·布莱克肖(Seth Blackshaw)教授团队与西湖大学讲席教授付向东团队的“争论”。

布莱克肖团队认为,Ptbp1敲除不会诱导星形胶质细胞到神经元的转化,付向东团队则认为敲低Ptbp1可以诱导星形胶质细胞到神经元的转化。

突破

“争论”起源于当时还在美国加州大学圣地亚哥分校的付向东团队2020年6月发表于《自然》的一篇封面论文。在该文章中,付向东团队报告了一项振奋人心的发现:在星形胶质细胞中敲低Ptbp1可以在帕金森小鼠模型中诱导产生新的多巴胺功能性神经元,重建受损的神经环路,并有效治疗帕金森综合征相关的运动障碍。

付向东团队2020年发表于《自然》的论文截图。

这项研究被认为是神经退行性疾病治疗的新突破,对帕金森综合征及其他神经退行性疾病提供了极具前景的治疗策略。在这项研究之前,2020年4月,中国科学院神经科学研究所杨辉团队在《细胞》(Cell)发文,报道了运用CRISPR-CasRx系统在小鼠中敲低Ptbp1,实现了高效且特异地将纹状体中星形胶质细胞转分化成为多巴胺神经元用以改善小鼠中帕金森疾病的症状。

杨辉团队2020年4月发表于《细胞》杂志的论文截图。

两项研究相互背书,提示Ptbp1的重要作用。在付向东团队2020年的论文发表时,《自然》的审稿人之一、瑞典卡罗林斯卡学院(Karolinska Institute)帕金森疾病领域专家Ernest Arenas教授专门撰写了评论文章,对这两项研究的结果作出高度评价,尤其是在临床转化上的重大意义。不过,付向东和杨辉后陷入学术剽窃风波。

常见的神经退行性疾病如帕金森综合征、脑萎缩、阿尔茨海默病等,致病的根源都是相关神经元的“消逝”。如果能使神经元再生,神经退行性疾病或许就迎来了“解药”。因此,科学家们一直在尝试通过各种方法来修复神经元。这一议题还被认为是诺奖级别的研究课题。

胶质细胞广泛分布于神经系统,是最接近神经元的细胞,大多数神经元再生研究都围绕胶质细胞向神经元的转化展开。在以往的研究中,这种转变成功率较低,直到付向东团队研究的出现。

付向东团队发现了一种只需一步转分化即可产生功能性神经元的策略。通过在体外用慢病毒敲低Ptbp1,四周后发现一半以上的星形胶质细胞表现出神经元的形态学特征;更为重要的是,在实验动物体内,这种效应能够通过反义寡核苷酸(ASO)较为简单地实现。

据《中国科学报》报道,付向东团队的文章发表后,全球至少有10个神经科学研究组立即着手重复实验,但大约只有三分之一的团队得到了相同的结果,其余团队或认为新生的神经元并非来自成熟的星形胶质细胞,或认为功能性神经元不可再生。

质疑

轰动过后,质疑声逐渐出现。

美国得克萨斯大学西南医学中心(University of Texas, Southwestern Medical Center at Dallas)的张春立教授就曾提出质疑,通过严格的谱系追踪,张春立团队发现小鼠大脑中出现的新生神经元不是由星形胶质细胞转分化而形成的,而可能是由于病毒载体泄露感染的内源性神经元。当地时间2021年9月27日,相关论文发表于《细胞》杂志上。

张春立团队2021年发表于《细胞》杂志的论文截图。

当地时间2021年10月5日,布莱克肖团队在预印本网站BioRxiv上发表文章提出质疑,他们通过谱系追踪、单细胞RNA测序(scRNA-seq)及电生理实验发现,在视网膜穆勒胶质细胞(retinal M?ller glia)或大脑星形胶质细胞(Astrocytes)中特异性地敲除Ptbp1并不能有效诱导胶质细胞转分化为神经元。

当地时间2022年6月14日,布莱克肖团队将前述研究中关于视网膜穆勒胶质细胞的转分化研究结果正式发表于《细胞-报告》(Cell Reports)上,关于大脑星形胶质细胞的部分则于当地时间2023年6月7日正式发表于《自然》杂志。

在布莱克肖团队6月7日的《自然》文章中,他们指出,付向东团队的研究结论可能是在一些神经元表达泄露的小鼠上获得的,这些小鼠在实验开始前应被剔除,因此他们认为,付向东团队在实验中缺乏必要的变量控制。

通过谱系追踪系统和scRNA-seq,布莱克肖团队分析了携带Ptpb1杂合或纯合突变体的星形胶质细胞,发现无论神经元是否损伤,敲除Ptbp1都不会诱导星形胶质细胞向神经元转换。并且,敲除Ptbp1不会改变胶质细胞的生理特性。

布莱克肖团队又对小鼠皮质、纹状体、黑质的野生型、杂合子和纯合子Ptbp1缺失星形胶质细胞进行单细胞RNA测序,未能观察到神经元特异性基因表达的改变。他们认为,这突出了使用谱系追踪、基因表达谱分析等方法在研究细胞类型转换中的重要性。

值得一提的是,2023年2月,杨辉团队也在《自然-基因治疗》(Nature Gene Therapy)上发文,指出使用Cas13x敲低Ptbp1后无法在体内诱导胶质细胞向神经元的转化,否定了其团队2020年发表于《细胞》的研究结果,并认为之前的结果是由载体泄露导致。

杨辉团队2023年2月发表于《自然-基因治疗》的论文截图。

回应

当地时间2023年6月7日,在与布莱克肖团队的质疑文章同期的《自然》杂志中,付向东团队进行了回应。

付向东团队2023年6月7日发表于《自然》的回应文章。

在分析了布莱克肖团队的scRNA-seq数据后,付向东团队得出了相反的结论。付向东团队认为,布莱克肖团队所报告的Ptbp1敲除诱导的表型与其报告的Ptbp1敲低诱导的表型不同。Ptbp1敲除与敲低的不同反应类似于另一种主要的负神经发生调节因子Rest,Rest敲低促进神经发生,而Rest敲除导致神经干细胞和成熟神经元死亡。由于遗传补偿,与基因敲除相比,越来越多的基因在敲低后显示出不同的表型。

从机制上讲,已知Ptbp1下调可在大多数细胞类型中诱导其新的区域旁系Ptbp2,Ptbp1和Ptbp2同时缺失则会导致细胞死亡。成功的星形胶质细胞到神经元的转化需要在Ptbp1敲低的细胞中降低Ptbp2表达,就像在大脑发育过程中观察到的那样。这种Ptbp2的动态调整能够解释敲除与敲低诱导的不同表型:在Ptpb1敲低细胞中,Ptbp2可能仍然能够进行动态调控;然而,在Ptbp1敲除细胞中,诱导的Ptbp2可能被迫维持在高水平,以确保细胞的活力,从而防止神经元重编程过程中所需的连续下调。

付向东团队认为,星形胶质细胞到神经元的转化可能是由于现有神经元泄露导致的可能性仍待验证,但目前的scRNA-seq和免疫染色数据表明,与成熟星形胶质细胞相比,星形胶质细胞亚类或星形胶质细胞样具有更高的分化能力,能重新构建神经元谱系,这是未来的研究要解决的问题。

Matters Arising是《自然》为促进学术争鸣而设置的栏目。2020年8月,《自然-可持续性》(Nature Sustainability)曾发表社论介绍这一栏目,该文章表示,建设性的批评对学术辩论的推进至关重要,同行评审的文章是学术研究系统的支柱之一,一篇文章的同行评审并不止于期刊出版。学术辩论最终会激发新的研究。

抑制Ptbp1蛋白是否可以使大脑中的星形胶质细胞转化为神经元,还需要更多的实验数据来证明。学术争议无可厚非,正如付向东向《中国科学报》所述,大大小小的争论推动科学不断向前,“不能有质疑就不做了,我在不断地争论中得到了很多新的看法。实事求是,对了就勇往直前,当然错了就勇于承认。”

据西湖大学官网信息,付向东1982年毕业于武汉大学,并获得病毒学学士学位,1983年通过中美生物化学联合招生(CUSBEA)计划留学美国凯斯西储大学,并于1988年获得生物化学博士学位,1988年至1992年在哈佛大学生化与分子生物系完成博士后训练。付向东1992年加入加州大学圣地亚哥分校细胞与分子医学系,历任助理教授(1992-1998)、副教授(1998-2002)、正教授(2002-2018)和杰出教授(2018-2022)。2023年1月,付向东从美国加州大学圣地亚哥分校离职,全职回国,加盟西湖大学。

(原标题:《自然》关注“神经再生”研究真实性,中美顶级科学家发文“对峙”)

 
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