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邁向真正治愈聽(tīng)力障礙之路
Will McLean
《科學(xué)》2018年3月9日:第359卷,,第6380期,,第1113頁(yè) DOI:10.1126/science.aat0966
人群中約5%(3.6億)患有某種形式的聽(tīng)力障礙。聽(tīng)力損失患者時(shí)常會(huì)描述社交孤立的經(jīng)歷,,近期研究顯示,,聽(tīng)力損失與日后發(fā)生癡呆具有顯著相關(guān)性。
我們出生時(shí),,每個(gè)人每只耳內(nèi)約有15,000個(gè)聲音傳感細(xì)胞。當(dāng)這些細(xì)胞(稱(chēng)為毛細(xì)胞)由于噪聲暴露,、某些藥物及其他環(huán)境因素而死亡時(shí),,就會(huì)發(fā)生聽(tīng)力損失。與鳥(niǎo),、魚(yú)和兩棲動(dòng)物不同,,哺乳動(dòng)物的這種細(xì)胞無(wú)法再生。
目前,,治療聽(tīng)力損失的only方法就是緩解性治療儀器,,例如助聽(tīng)器。盡管這些技術(shù)可改善很多患者的聽(tīng)力,,但其獲益有限,,因?yàn)橹挥袣堄嗟拿?xì)胞能夠受到刺激。因此,,很多人需要恢復(fù)毛細(xì)胞的治療方法,。
由于其他種屬動(dòng)物的毛細(xì)胞可再生,其他哺乳動(dòng)物組織也可再生,,我和我的同事推測(cè)一定有一種方法可誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物毛細(xì)胞再生,。我們需要做的就是找到解鎖這種方法的鑰匙。
確定內(nèi)耳祖細(xì)胞的局限性
內(nèi)耳包含聽(tīng)覺(jué)器官(耳蝸)和平衡器官(前庭系統(tǒng)),兩種器官均有其各自特化的毛細(xì)胞類(lèi)型,。毛細(xì)胞損失或與這些毛細(xì)胞相連的神經(jīng)元損傷(或二者兼有)會(huì)導(dǎo)致聽(tīng)力和平衡障礙,。
盡管內(nèi)耳的毛細(xì)胞無(wú)法再生,但是有研究提示內(nèi)耳含有干細(xì)胞,,后者可通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)形成毛細(xì)胞和神經(jīng)元(1),。然而,人們以往認(rèn)為這*來(lái)自only的干細(xì)胞,。鑒于內(nèi)耳自我恢復(fù)能力有限,,這種假想格外令人驚訝。
我的研究顯示,,內(nèi)耳含有不同類(lèi)型的祖細(xì)胞,,而不是干細(xì)胞(2)。其中一群細(xì)胞表達(dá)富含亮氨酸重復(fù)序列G-蛋白耦聯(lián)受體5(Lgr5),,這是一種zui初在腸道發(fā)現(xiàn)的干細(xì)胞標(biāo)志物(3),。后來(lái),人們發(fā)現(xiàn)Lgr5細(xì)胞還在耳蝸發(fā)育中發(fā)揮毛細(xì)胞祖細(xì)胞的作用(4, 5),。我們發(fā)現(xiàn)即使在發(fā)育后,,這些細(xì)胞也能形成新的毛細(xì)胞,與天然毛細(xì)胞的蛋白和基因表達(dá)譜相似,。在進(jìn)行生理功能測(cè)試時(shí),,這些新形成的毛細(xì)胞與成熟器官中的毛細(xì)胞類(lèi)似。
我的研究還顯示,,平衡器官的祖細(xì)胞也能形成功能完善的毛細(xì)胞,。有趣的是,耳蝸和前庭系統(tǒng)只能形成原器官的毛細(xì)胞,,提示這兩個(gè)祖細(xì)胞群體是不同的,。
盡管之前的研究顯示通過(guò)內(nèi)耳干細(xì)胞可獲得神經(jīng)元(1),這可能是來(lái)自干細(xì)胞,,但是我的研究顯示,,神經(jīng)細(xì)胞僅來(lái)自表達(dá)髓鞘形成蛋白脂蛋白1 (Plp1)的內(nèi)耳神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞(2)。
除了發(fā)現(xiàn)一種新的祖細(xì)胞群體外,,我們還發(fā)現(xiàn)Plp1細(xì)胞比耳蝸或前庭祖細(xì)胞的可塑性更強(qiáng),,因?yàn)樗鼈冞€能形成原生環(huán)境以外的細(xì)胞類(lèi)型。實(shí)際上,,Plp1祖細(xì)胞可形成中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,。
總而言之,本研究顯示耳內(nèi)存在不同類(lèi)型的祖細(xì)胞,,具有分化形成特定類(lèi)型細(xì)胞的能力,。因此,在治療聽(tīng)力損失、平衡失調(diào)或神經(jīng)損傷時(shí),,可能需要針對(duì)各種祖細(xì)胞*的靶向機(jī)制來(lái)量身定制,。
解鎖祖細(xì)胞的再生潛能
盡管研究顯示器官發(fā)育完成后內(nèi)耳中存在祖細(xì)胞,但是顯然這種祖細(xì)胞無(wú)法分裂并分化,,從而修復(fù)周?chē)慕M織,。除了無(wú)法修復(fù)聽(tīng)力外,這也阻礙了藥物開(kāi)發(fā),,因?yàn)殡y以獲得足夠數(shù)量的原代耳蝸細(xì)胞來(lái)篩選治療藥物,。
為了解決耳內(nèi)再生性缺失的問(wèn)題,我們從研究腸道Lgr5細(xì)胞如何再生的工作中獲得啟發(fā)(6),。這種特殊的干細(xì)胞可將全部腸道上皮每5-7天更新一遍,。根據(jù)對(duì)驅(qū)動(dòng)這一過(guò)程的通路和信號(hào)的了解,人們發(fā)現(xiàn)了一種藥物組合可使內(nèi)耳Lgr5祖細(xì)胞重編程,,提高其可塑性,,并發(fā)生細(xì)胞分裂(7)。與既往方法相比,,這些藥物可獲得2000倍以上的Lgr5細(xì)胞,,并幾乎可*轉(zhuǎn)化為毛細(xì)胞。此外,,研究表明這些藥物對(duì)成年小鼠,、非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物和人的細(xì)胞均有效。這一突破性進(jìn)展有效解除了該領(lǐng)域的發(fā)展瓶頸,,構(gòu)建了shou個(gè)用于聽(tīng)力損失的大規(guī)模藥物開(kāi)發(fā)平臺(tái),。
從zui初單細(xì)胞水平上的發(fā)現(xiàn)開(kāi)始,人們進(jìn)一步表明,,利用可促進(jìn)Lgr5細(xì)胞增殖的分子治療受損的小鼠耳蝸,可有效誘導(dǎo)祖細(xì)胞分裂,,使損失的毛細(xì)胞原位再生,。該技術(shù)被稱(chēng)為祖細(xì)胞活化(PCA),是Frequency Therapeutics誕生的催化劑,。Frequency Therapeutics是Bob Langer,、Jeff Karp和我共同創(chuàng)建的一家初創(chuàng)公司,旨在采用藥物激活人體的祖細(xì)胞,,啟動(dòng)修復(fù)過(guò)程,,從而治療聽(tīng)力損失及其他疾病。到目前為止,,PCA已成功用于誘導(dǎo)機(jī)體多個(gè)組織類(lèi)似效應(yīng)的藥物開(kāi)發(fā),。
將科學(xué)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為有潛力的治療方法
自從在受損組織中使毛細(xì)胞再生的原理驗(yàn)證結(jié)果發(fā)表后(7),zui近的實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)聽(tīng)力損失動(dòng)物進(jìn)行耳局部治療可使其聽(tīng)力得到功能性改善,?;谶@些結(jié)果,Frequency Therapeutics拓展了其人體治療應(yīng)用上的開(kāi)發(fā),,zui近完成了一項(xiàng)shou個(gè)在人體上進(jìn)行的I期安全性研究,,結(jié)果符合所有終點(diǎn)要求。因此,,這項(xiàng)工作未來(lái)有望為患者帶來(lái)一項(xiàng)再生性治療方法,,幫助其恢復(fù)聽(tīng)力。
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本文由賽多利斯翻譯,,
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