阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）是一種極具破壞性的神經(jīng)退行性疾病，其病理特征包括Aβ斑塊和tau蛋白神經(jīng)原纖維纏結(jié)的沉積，引發(fā)神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激，進(jìn)而神經(jīng)元和突觸連接受損，導(dǎo)致患者認(rèn)知功能下降?，F(xiàn)有的治療主要通過在疾病早期減少Aβ蛋白，延緩疾病早期進(jìn)展，但對中重度患者的認(rèn)知改善效果甚微，這主要是因為已丟失的神經(jīng)元無法被補(bǔ)充。因此，尋找能再生神經(jīng)元的替代療法，對逆轉(zhuǎn)AD患者的記憶缺陷至關(guān)重要。

2025年2月14日，暨南大學(xué)陳功團(tuán)隊在Advanced Science上發(fā)表了題為 “Brain-Wide Neuroregenerative Gene Therapy Improves Cognition in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease”的研究性論文。本研究開發(fā)了一種全腦神經(jīng)再生基因療法，并揭示了其在改善AD小鼠認(rèn)知功能方面的重要作用及其機(jī)制。作者利用可高效穿越血腦屏障的腺相關(guān)病毒載體，將NeuroD1基因?qū)階D小鼠模型大腦，實現(xiàn)全腦范圍內(nèi)將內(nèi)源性星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為功能性神經(jīng)元。大腦皮層和海馬中約50萬新生神經(jīng)元廣泛分布，并整合到已有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，顯著改善AD小鼠認(rèn)知功能，為AD等神經(jīng)退行性疾病的治療提供了新策略。

海馬在學(xué)習(xí)和記憶中意義重大，在AD患者海馬發(fā)生顯著的神經(jīng)元丟失。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，NeuroD1可以將5xFAD小鼠腦皮質(zhì)反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞重新轉(zhuǎn)化為功能性神經(jīng)元。因此，作者將AAV9-GFAP-NeuroD1病毒注入5xFAD小鼠海馬腦區(qū)，評估 NeuroD1介導(dǎo)的AtN（Astrocyte-to-neuron）轉(zhuǎn)化在海馬腦區(qū)中的潛力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1周后，GFAP⁺星形膠質(zhì)細(xì)胞開始表達(dá)NeuroD1；3周和6周時，NeuroD1⁺的星形膠質(zhì)細(xì)胞顯著表達(dá)神經(jīng)元標(biāo)志物NeuN。這表明在5xFAD小鼠海馬中，NeuroD1成功介導(dǎo)了星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了局部神經(jīng)再生。

Figure 1：5xFAD小鼠海馬中NeuroD1介導(dǎo)的局部AtN轉(zhuǎn)換

以往的研究表明，AD患者大腦多個區(qū)域存在神經(jīng)元丟失。因此，作者利用AAV-PHP.eB，探究全腦AtN轉(zhuǎn)化的可能性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)GFP在全腦廣泛表達(dá)，且大部分為星形膠質(zhì)細(xì)胞。

星形膠質(zhì)細(xì)胞具有區(qū)域特異性，為明確NeuroD1是否可以實現(xiàn)不同腦區(qū)的神經(jīng)元轉(zhuǎn)化，對眼眶后注射（R.O.）AAV-PhP.eB-NeuroD1-GFP的小鼠進(jìn)行免疫組化分析，表達(dá)60天時皮層和海馬中GFP⁺細(xì)胞呈現(xiàn)典型神經(jīng)元形態(tài)并表達(dá)NeuN。但不同腦區(qū)轉(zhuǎn)化效率不同，皮層、海馬和部分中腦區(qū)域轉(zhuǎn)化效率較高，而嗅球、紋狀體、丘腦和后腦等區(qū)域較低。這表明通過全腦基因治療可實現(xiàn)AtN轉(zhuǎn)化，但存在區(qū)域特異性。

Figure 4：5xFAD小鼠的全腦AtN轉(zhuǎn)換

作者進(jìn)一步探究了全腦AtN轉(zhuǎn)換可以在AD小鼠腦中再生神經(jīng)元的數(shù)量。為此，作者通過熒光顯微光學(xué)切片斷層掃描-fMOST技術(shù)對全腦進(jìn)行成像，發(fā)現(xiàn)NeuroD1介導(dǎo)的全腦基因治療在AD小鼠大腦皮層和海馬體分別再生約36.6萬個和14.9萬個新神經(jīng)元，總計超50萬個。

Figure 5：AtN轉(zhuǎn)化的fMOST全腦成像

 Figure 6：星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化神經(jīng)元的軸突投射

Figure 8：星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的神經(jīng)元有助于改善5xFAD小鼠的記憶

綜上所述，AD作為一種不可逆的腦部疾病，現(xiàn)有治療手段難以解決神經(jīng)元丟失和神經(jīng)回路修復(fù)問題。本研究利用能穿透血腦屏障的AAV-PhP.eB病毒載體，將NeuroD1介導(dǎo)的AtN系統(tǒng)經(jīng)全身給藥，在5xFAD小鼠多個腦區(qū)，特別是與學(xué)習(xí)記憶高度相關(guān)的皮層和海馬體，實現(xiàn)了超50萬個新神經(jīng)元在大腦皮層和海馬再生并融入神經(jīng)回路。功能層面，轉(zhuǎn)化后的神經(jīng)元能定位到正確位置，并形成長軸突投射；抑制轉(zhuǎn)化神經(jīng)元的活性會阻礙認(rèn)知功能的改善。總的來說，本研究首次證實，全腦AtN轉(zhuǎn)化基因療法可顯著改善5xFAD小鼠的認(rèn)知功能，為AD治療提供了一種全腦神經(jīng)再生的基因治療策略。

在該研究過程中，fMOST技術(shù)通過對全腦基因治療的5xFAD小鼠大腦樣本進(jìn)行高分辨率成像，精確識別和統(tǒng)計了大腦皮層和海馬中的新生神經(jīng)元數(shù)量。這一功能為研究全腦基因治療轉(zhuǎn)化效果提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，凸顯了fMOST在神經(jīng)科學(xué)研究中的重要價值。

[1] Gong Chen et al.“Brain-Wide Neuroregenerative Gene Therapy Improves

Cognition in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease.” Advanced Science. 14 Feb. (2025)