香港大学(HKUMed)李嘉诚医学院和香港城市大学(CityU)的研究人员培育出人类神经干细胞(hNSC)，这些细胞展现出他们声称的“强大的治疗潜力”，可用于治疗脊柱疾病脊髓损伤。研究人员发现，人类多能干细胞(hPSC)衍生的神经干细胞经过改造，减少了SOX9基因的表达，从而优先分化为脊髓运动神经元。当移植到脊髓损伤(SCI)大鼠模型中时，这些神经干细胞产生成熟的神经元亚型，能够整合并生长长距离投射并与受体神经元连接的轴突。接受者的神经胶质疤痕减少，运动和其他功能恢复显着改善。

基因减少的人类神经干细胞为脊髓损伤修复提供强大的治疗潜力

香港大学医学院生物医学学院副教授、研究负责人张志恒博士说：“我们的工作揭示了一种新的范例，通过使用基因靶向策略来激活内在程序，以增强hNSC治疗SCI的治疗潜力。”。“这种方法改变了移植物在损伤环境中的反应，增强了神经元分化能力、存活和整合，并减少了神经胶质疤痕的形成，为严重创伤性SCI提供了更有效的干细胞疗法。”

研究人员在《先进科学》杂志上发表了一篇题为“移植人类神经干细胞并减少约50%SOX9基因剂量可促进严重脊髓损伤的组织修复和功能恢复”的论文，报告了他们的进展，其中他们总结道：“我们的研究结果代表了生成用于治疗SCI的转基因hNSC的新范例。”

创伤性脊髓损伤(SCI导致损伤部位及其周围参与运动和感觉功能的神经元逐渐丧失。根据损伤的严重程度，SCI患者可能会出现永久性瘫痪或不同程度的损伤和感觉丧失目前，SCI尚无有效的治疗方法。“当前临床管理和治疗方案的无效可能会使SCI患者遭受终身残疾，”作者写道。

SCI后有限的运动和感觉恢复归因于损伤部位周围神经胶质疤痕的形成。研究人员指出：“作为对病变愈合的反应，疤痕可以防止炎症扩散并造成进一步的损伤，”但这种屏障状结构也会阻止神经元再生。由于未受损神经元的内在再生能力低以及成人脊髓中缺乏神经干细胞，疤痕周围的脊髓神经元无法恢复。“……由于成年哺乳动物中枢神经系统(CNS)和损伤后环境中神经元的内在再生能力较低，疤痕内部和周围的脊柱组成和结构无法恢复。”

在SCI部位移植源自人类多能干细胞的人类NSC(hNSC)被认为是一种有前途的治疗策略，可以补偿脊髓神经元的损失，并且可以可行地使其与宿主神经元建立连接，从而导致脊髓恢复。然而，损伤环境有利于星形胶质细胞而不是神经元形成，这限制了移植hNSC的治疗效果。“……受损脊髓中恶劣的微环境和生长因子的缺乏限制了移植的NSC的治疗效果，这在很大程度上取决于它们的存活、神经原性效力、整合能力和轴身份，”研究人员继续说道。

大多数移植疗法采用嵌入细胞外基质的生长因子混合物来增强SCI啮齿动物模型中移植hNSC的活力和神经源性效力。然而，使用这种方法，hNSCs需要很长时间才能成熟，并且“分化的神经元亚型数量较少”，这限制了SCI模型中的功能恢复程度。这表明迫切需要重塑NSC移植物，以克服外在和内在障碍，作为创伤性SCI的有效治疗方法。他们进一步表示：“重塑hNSC移植物以克服外在和内在障碍可能为创伤性SCI提供更有效的修复过程。”

作为转录因子SOX家族的成员，性别决定区Y盒转录因子(SOX9)在维持NSC多潜能方面发挥着关键作用，研究小组继续说道，之前的工作表明SOX9的持续表达会阻止神经元从头再生受伤脊髓的过程。“SOX9的功能包括维持多能神经干特性、促进星形胶质细胞分化和抑制神经发生。”他们指出，这表明有可能靶向SOX9来产生具有改善的神经源潜力的hNSC，并且可以更好地在治疗SCI的恶劣环境中生存。

在他们新报告的研究中，该团队使用shRNA技术以剂量依赖性方式敲低hNSC(SOX9KD)细胞中的SOX9表达。他们一致发现，将hNSC中SOX9表达水平降低约50%会促进运动神经元形成，而SOX9表达降低会导致细胞存活和更新受损。

这些发现表明SOX9在调节神经元形成的起始、自我更新和hNSC存活方面具有剂量依赖性作用。研究小组还表明，表达50%SOX9的hNSC的神经源能力增强蛋白质的部分归因于葡萄糖消耗的减少。他们在培养的SOX9KD细胞中检测到葡萄糖摄取量低且糖酵解基因的表达显着降低，“这意味着SOX9是诱导和/或维持hNSC中高糖酵解代谢所必需的。有趣的是，科学家们进一步指出，“最近的研究表明，神经元分化或/和再生需要从糖酵解到氧化磷酸化的代谢重塑。研究表明，hNSC分化成神经元需要减少有氧糖酵解，而hNSC中糖酵解基因的组成型激活导致星形胶质细胞的强烈形成和神经元的凋亡。

脊髓损伤(SCI)导致神经损伤，损伤环境有利于SOX9表达;用一半剂量的SOX9移植hNSC获得独特的内在能力，从而增强神经发生、长轴突生长，并与宿主建立神经元连接，从而恢复SCI动物的行走能力和温度感觉。脊髓损伤(SCI)导致神经损伤，损伤环境有利于SOX9表达;用一半剂量的SOX9移植hNSC获得独特的内在能力，从而增强神经发生、长轴突生长，并与宿主建立神经元连接，从而恢复SCI动物的行走能力和温度感觉。

脊髓损伤(SCI)导致神经损伤，损伤环境有利于SOX9表达;用一半剂量的SOX9移植hNSC获得独特的内在能力，从而增强神经发生、长轴突生长，并与宿主建立神经元连接，从而恢复SCI动物的行走能力和温度感觉。[香港大学]

体内测试证实，SOX9减少的hNSC的神经发生和代谢特性在移植到大鼠挫伤性SCI部位后保留在细胞中，并且不需要富含生长因子的基质。这表明损伤环境并不影响hNSCs的代谢状态和神经元分化潜力。

SCI受体大鼠中的SOX9KD移植物广泛分布在病变部位。作者继续说，重要的是，移植物表现出优异的整合特性，主要分化为运动神经元，并减少了神经胶质疤痕基质的积累，以促进长距离轴突生长和神经元与宿主的连接，并显着改善受体的运动和体感功能动物。”这些结果表明，SOX9基因剂量减半的hNSC可以克服外在和内在的障碍，代表着SCI移植治疗的强大治疗潜力。”

他们进一步得出结论：“我们的工作揭示了一种通过使用基因靶向策略来激活内在程序的新范例，以增强移植的hNSC治疗SCI的治疗潜力，”研究人员总结道。“这种方法改变了移植物在损伤生态位中的反应，增强了分化能力、存活率和整合能力，并减少了神经胶质疤痕的形成，为严重创伤性SCI提供了更有效的干细胞疗法。”

研究小组表示，为了使他们的发现能够临床转化，未来的努力应该集中于开发遗传策略，以将hNSC中SOX9活性或表达水平降低约50%，以用于SCI患者的移植治疗。