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杨辉的Cell文章又被质疑?其实是乌龙

2021.4.02

  今天Retraction发现某公众号谈到杨辉的Cell 文章又被人家质疑,我们细读了整篇文章,原来是闹了个乌龙,作者是系统介绍重新编程视网膜细胞以治愈失明的潜在方法,没有质疑杨辉的想法。我们也系统的把整篇文章翻译一下(杨辉的文章为参考文献7):

  绝大多数不可逆的视力丧失是由于视网膜中细胞的死亡而造成的。与年龄有关的黄斑变性和糖尿病性视网膜病变是三种最普遍的视网膜疾病中的两种,导致光感杆和视锥感光器丧失;第三,青光眼会导致视网膜神经节细胞(RGC)丢失,这些神经节细胞会将视觉信息从眼睛传递到大脑。在美国,这三种疾病共折磨了近1500万人,并且随着人口老龄化,其患病率也在增加。越来越多的人受到单基因感光障碍的影响,每种营养障碍都很罕见,但总体上却很重要。由于目前尚无可在视网膜神经元丧失后恢复视觉功能的疗法,因此产生新的神经元来治疗各种退行性视网膜疾病的前景引起了极大的兴趣。

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  基于细胞疗法的临床前模型

  所谓细胞疗法的大多数努力都涉及移植干细胞或其他来源的细胞。这种方法从概念上讲是简单明了,但已证明在技术上具有挑战性,并导致错误的开始(1)。最值得注意的是,几项引人注目的研究报告称,功能上整合到宿主视网膜中的未成熟光感受器前体的移植,细胞质从供体向宿主细胞的转移,几乎没有整合供体的光受体。一种替代和补充的方法是通过诱导内源性细胞的增殖来替代丢失的细胞,然后对其进行重新编程以生成已丢失的神经元。这种方法的希望来自对低等脊椎动物的研究,在该研究中,内源性视网膜神经胶质类型Müller胶质(MG)可以有效地重编程为神经源性祖细胞,然后原位分化形成多种视网膜神经元类别,包括感光细胞,中间神经元处理视觉信息,以及RGC(2)。

  在过去的几年中,基于这些发现进行了大量的研究,操纵基因表达的关键调控因子来重编程成年啮齿动物MG(3-9)和无长突细胞(10),从而产生功能性视网膜神经元。在所有情况下,实验范例都是相似的:研究人员使用腺相关病毒(AAV)作为具有细胞类型特异性启动子(7–9)或表达Cre的转基因系(3–5、10)的载体,以选择性地将细胞靶向重新编程。然后,他们利用这种遗传途径引入荧光报告基因,跟踪细胞及其后代,并进行干预(过度表达的cDNA,shRNA,gRNA或条件性基因敲除)以诱导重编程。然后将报道分子用于靶向重编程的细胞,以进行结构,功能和分子分析。

  尽管在方法上存在相似之处,但是结果却相差很大。三组报告从MG(7,8)或中间神经元(10)生成RGC,通过耗尽Ptbp1(7)或异位表达Pou4f2(Brn3b)+Atoh7(Math5)(8)或Pou4f2+Sox4(8,10) 。两组通过过表达Ascl1(3,4)或有条件地删除三个核因子I(NFI)类转录因子而产生了双极和无长突细胞样细胞(5)。另外两组产生光感受器,即先用β-连环蛋白引发,然后异位表达Otx,Crx和Nrl(9),再通过缺失Ptbp1(6)来产生视锥细胞。

  解释不同的结果

  这些结果令人兴奋,但它们都正确吗?它们之间的不一致以及该领域以前的工作表明答案是否定的。首先,AAV介导的Ptbp1的敲除或缺失编码一种由MG表达的RNA结合蛋白,在一项研究中导致选择性产生视锥细胞感光细胞,而在另一项研究中导致RGC(6,7);其次,在一些研究中(6-10),据报道新生神经元在形态,功能和分子上与野生型神经元没有区别(6-10),而在另一些研究中则异常且未成熟(3-5)。第三,三项研究报道,尽管在成年哺乳动物的视网膜上,轴突切除的RGC再生效率极低,但新生成的RGC迅速使轴突穿过视神经突触到中枢靶位并介导视觉诱发的行为(7、8、10)。

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已知或提议用三种不同的机制来总结已报道的感光体和RGC替代物的观察结果,以反映替代效应(图源自JCI )。

  整理这些声明对于理解底层机制和改进协议很重要。从临床角度来看,它也至关重要。如上所述,RGC和感光器的死亡占不可逆视力丧失的绝大部分。相反,由中间神经元的丧失导致的致盲疾病很少,而没有普遍的致盲疾病。简而言之,从内源性MG产生光感受器或RGC的能力比产生无长突和双极细胞的能力要有用得多。

  是什么导致这些截然不同的结果?这些差异的一种可能来源是所用试剂的性质。在这些研究中使用的AAV(6–9)可以转导神经元和神经胶质,但对MG的表达限制取决于适当的神经胶质特异启动子的使用。因此,关于神经胶质和神经元之间的谱系关系得出的结论取决于启动子的绝对细胞特异性。显然,表达的特异性会受到邻近的cDNA序列,病毒浓度和感染后时间的影响(12)。所有报告都在一定程度上评估了特异性,但是在内源性光感受器或RGC中的一小部分表达可以解释结果。由于这些研究并未测试重编程细胞在从MG转化为神经元的过程中是否实际上表达了视网膜祖细胞或未成熟神经元的分子标记,因此对它们进行严格的基于遗传的细胞谱系分析和单细胞RNA测序(scRNA-Seq)分析补充可提供令人信服的特异性证据。

  正如最近的一项研究所强调的那样,这种危险是真实的。该研究重新审视了通过Neurod1介导的AAV转导将星形胶质细胞直接重编程为神经元的说法。它的结论是,结果实际上反映了虚假的“血缘”关系,这是由于星形胶质细胞中神经胶质细胞特定的微启动子调控的报告基因构建体逐步沉默,随后在神经元中异位表达所致(13)。在这方面,确保使用BrdU或EdU标记在处理后确实产生了重新编程的细胞。这些结果的独立复制对于评估其准确性和在临床前研究中的潜在用途也至关重要。

  在其他研究中(3–5、10),用于限制表达的Cre表达转基因品系在表达特异性方面也受到类似的警告。然而,在这些情况下,转基因的细胞类型特异性已在先前的研究中得到严格确定,并且使用scRNA-Seq分析来证明存在双极性和无长突样细胞前体。那么,目前,我们得出的结论是,对于将MG重编程为中间神经元而不是向RGC或光感受器,有可靠的实验支持

  相关的关注点适用于另一项最近的研究,该研究为使用细胞移植治疗光感受器变性提供了新的思路(14)。在这项研究中,药物混合物被用于诱导成纤维细胞在体外表达光感受器特异性基因的子集。这些处理过的细胞的移植改善了患有感光细胞变性的小鼠的感光细胞功能。但是,这些细胞没有显示出经典的感光细胞形态或明显整合到视网膜环路中。移植后它们没有以scRNA-Seq为特征,未测试未处理的成纤维细胞的移植效果。这就留下了移植的细胞可能通过释放神经保护因子而减少了感光细胞死亡和/或改善了天然细胞功能的可能性。明确确定移植细胞如何改善视觉功能是一项艰巨的任务。一种可能性是包括工程化的“杀灭开关”,例如由供体细胞中的设计药物(DREADD)(15)专门激活的抑制性设计受体,以急性和选择性地阻断其电活动,从而使基于环路的和营养的贡献可以区分。

  结论

  旨在替代视网膜神经元的研究(无论是涉及移植的神经前体还是重编程的神经胶质细胞)试图复制通常在视网膜发育过程中发生的过程。因此,重要的是要利用我们从数十年的发展研究中学到的知识来解释新的结果。干预措施有可能通过意想不到的机制带来好处,但我们需要知道是否或何时发生这种情况。例如,在光感受器移植的研究中,最初的兴奋因发现报告基因从供体向宿主细胞的细胞质转移而得到缓和(1)。随后的失望可能阻止了对转移是否通过为缺陷型突变宿主感光体提供来自野生型供体的重要因素而有助于功能恢复的研究。同样,从MG重新编程和移植研究的旁观者影响中恢复功能可能会提供有关如何保留视觉功能的见解。简而言之,进一步的进步需要知道如何实现效果。因此,视网膜中的再生研究必须利用发育方法来追踪谱系和基因表达,以实现其将视力恢复给数百万受致盲疾病影响的视力的目标。

  所提到的文章:

   Boudreau-Pinsonneault C, Cayouette M. Cell lineage tracing in the retina: Could material transfer distort conclusions? Dev Dyn. 2018;247(1):10–17.

   Wan J, Goldman D. Retina regeneration in zebrafish. Curr Opin Genet Dev. 2016;40:41–47.

   Jorstad NL, et al. Stimulation of functional neuronal regeneration from Müller glia in adult mice. Nature. 2017;548(7665):103–107.

   Jorstad NL, et al. STAT signaling modifies Ascl1 chromatin binding and limits neural regeneration from Muller glia in adult mouse retina. Cell Rep. 2020;30(7):2195–2208.e5.

   Hoang T, et al. Gene regulatory networks controlling vertebrate retinal regeneration. Science. 2020;370(6519):eabb8598.

   Fu X, et al. Visual function restoration in genetically blind mice via endogenous cellular reprogramming [preprint]. https://doi.org/10.1101/2020.04.08.030981 Posted on bioRxiv April 8, 2020.

   Zhou H, et al. Glia-to-neuron conversion by CRISPR-CasRx alleviates symptoms of neurological disease in mice. Cell. 2020;181(3):590–603.e16.

   Xiao D, et al. Directed robust generation of functional retinal ganglion cells from Müller glia [preprint]. https://doi.org/10.1101/735357 Posted on bioRxiv August 14, 2019.

   Yao K, et al. Restoration of vision after de novo genesis of rod photoreceptors in mammalian retinas. Nature. 2018;560(7719):484–488.

   Wei X, et al. Regeneration of functional retinal ganglion cells by neuronal identity reprogramming [preprint]. https://doi.org/10.1101/2020.07.16.203497 Posted on bioRxiv July 17, 2020.

   He Z, Jin Y. Intrinsic control of axon regeneration. Neuron. 2016;90(3):437–451.

   Martin JF, Poché RA. Awakening the regenerative potential of the mammalian retina. Development. 2019;146(23):dev182642.

   Wang L-L, et al. Rapid and efficient in vivo astrocyte-to-neuron conversion with regional identity and connectivity? [preprint]. https://doi.org/10.1101/2020.08.16.253195 Posted on bioRxiv August 16, 2020.

   Mahato B, et al. Pharmacologic fibroblast reprogramming into photoreceptors restores vision. Nature. 2020;581(7806):83–88.

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