全球共有约5500万人阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，简称AD）患者。随着人口的老年化，这个数字每20年就会翻一倍。在85岁以上老年人中，每3人就会有1人是阿尔兹海默症患者。其中，散发性、晚发性阿尔茨海默病（late-onset Alzheimer’s disease，简称LOAD）为最常见的阿尔茨海默病类型，占总病例的95%以上。晚发性阿尔茨海默病患者所表现的症状通常要在65岁或以上时才开始显现。在患者出现失忆等症状之前，其实该疾病已经在大脑里发展了几十年的时间了。遗憾的是，对于阿尔茨海默症，我们目前还没有治愈的方法。由于晚发性阿尔茨海默病的病因非常复杂，并非单独由基因遗传来决定的，还有很多非遗传的因素在影响疾病的发生，所以每个患者的治病的因素都是不一样的。因此，在实验室研究里用传统的高表达基因的方法是很难模拟此类疾病的。直到现在，我们还没有合适的模型来研究散发性、晚发性阿尔茨海默病，这也导致了我们对该疾病的发生机制还知之甚少，同时也制约了我们去寻找到新的治疗方法的能力。

最近，来自美国圣路易斯华盛顿大学医学院的资深发育生物学教授Andrew Yoo团队的孙昭博士等研究人员在Science发表研究论文，题为：Endogenous recapitulation of late-onset Alzheimer’s disease neuropathology via direct neuronal reprogramming，论文在建立晚发性阿尔茨海默病的疾病模型上取得了突破性进展。孙昭博士等人开发了一种基于高表达microRNA的方法可以将病人的皮肤细胞直接重编程/直接转化为神经元细胞。该发现使得在不进行人脑活检的情况下研究阿尔茨海默病患者的脑细胞成为可能。更有趣的是，这些体外诱导的神经元像一面镜子一样，准确的展示了阿尔茨海默病患者脑部的主要病理特征：包括临床上看到的β淀粉样蛋白（Aβ），tau蛋白的沉积，以及神经元的死亡。该研究还用利用了此模型发现了可以缓解阿尔茨海默病的神经元死亡的新方法：即通过阻止转座子元件（“跳跃基因”）失调，研究人员成功地使病人来源的的神经元细胞死亡减少，使其变得更健康。这项重大的发现对于阿尔茨海默病的病理和机制的研究，以及开发针对老年痴呆病病人个性化的治疗方法与药物的筛选都至关重要。

详细来说，该研究团队使用人脑部富集的microRNAs（miRNAs）：miR-9/9*和miR-124，作为高效诱导皮肤细胞变成神经元的因子，在三维（3D）培养环境中将患者的皮肤的成纤维细胞转换为成神经元，建立起了一个可以捕捉年龄以及AD表型的强大转换平台。研究者发现，通过直接重编程生成的神经元保留了受影响个体的细胞年龄因素，这为该细胞模型能够再现与晚发性阿尔茨海默病相关的病理及退行性过程打下了基础。这与诱导多能干细胞(iPSCs)来源的神经元失去了来源患者的本来年龄特征而变为胚胎期的神经元相比，具有巨大技术性的优势。

作为原理验证，研究人员首先使用了来自家族式、显性遗传式的阿尔茨海默病（autosomal dominant Alzheimer’s disease，简称ADAD）的皮肤细胞来进行体外重编程。因为这类家族式的阿尔茨海默病是完全由单一基因突变引起的。其病因和晚发性阿尔茨海默病相比较为单一，因此理论上相对容易模拟。但是这种家族遗传型的阿尔茨海默病是少见的（只占到阿尔茨海默病总病人数的5%或更少）。研究者在显性遗传式的阿尔茨海默病患者来源的皮肤细胞中高表达miR-9/9*-124以及NEUROD2和MYT1L来诱导神经元的产生。这种miRNA诱导的神经元产生的3D培养方式有两种：1）将神经元培养在由Matrigel组成的细胶层中（thin gel）培养。2）将神经元培养在高细胞密度、自组装的神经元球体（spheroids）中。通过与年龄相仿的正常认知个体的对照神经元进行比较，研究者发现显性遗传式的阿尔茨海默病患者来源的神经元表现出Aβ淀粉样蛋白、具有传播性的、不可溶的tau蛋白形成、神经突的异样膨胀、以及神经死亡。更重要的是，当研究者将这种体外3D神经重编程的方法应用于来自散发性、不遗传的、晚发性的阿尔茨海默病个体的成纤维细胞时，也同样有效地展现出了AD的标志性病理特征。有趣的是，在体外神经诱导的早期阶段去抑制β淀粉样蛋白（Aβ）的生成可减少Aβ沉积、tau病和神经死亡，而在Aβ沉积已经开始形成以后再去进行干预则效果却不明显。这与临床上Aβ抗体治疗的结论是一致的。强调了早期治疗或者干预的重要性。

此外，与年龄匹配的对照组相比，晚发性的阿尔茨海默病患者来源的体外转化的神经元表现出与神经炎症相关的基因表达变化。有趣的是，相比于来源于年轻健康个体（36-61岁）的对照组的神经元，年长健康对照（66-90岁）和晚发性的阿尔茨海默病患者（66-90岁）神经元表现出逆转录转座子（retrotransposable element，简称RTE，一种能够跳跃到基因组不同位置的小段DNA）异常的表达。研究人员在晚发性的阿尔茨海默病病人来源的神经元里加入一种叫做lamivudine (3TC)的逆转录酶的抑制剂以后，发现该抑制剂可以减少了晚发性的阿尔茨海默病神经元中与年龄相关的RTE失调，导致Aβ、tau蛋白、神经元死亡和DNA损伤的有效减少。对RNA测序结果中对差异表达基因的分析也证明了与一些基因表达变化与炎症反应相关。有趣的事，lamivudine对于早发性、遗传性阿尔茨海默病患者（ADAD）来源的神经元的退化并没有显著效果。这证明了散发性、晚发性阿尔茨海默病（LOAD）与对于早发性、遗传性阿尔茨海默病（ADAD）在分子特征以及发病机理上是不同的。

总之：该研究结果证明了在3D环境中通过miRNAs诱导来源于晚发性阿尔茨海默病患者的皮肤细胞转变为神经元，以及利用该神经元细胞建模晚发性晚发性阿尔茨海默病的可行性和充分性。这些体外直接转化培养的神经元将为理解衰老是如何影响晚发性阿尔茨海默病患者神经退化提供了一个很好的研究平台。该平台也会有助于开发能够有效治疗阿尔茨海默病的药物和方法，并为理解该疾病的复杂机制提供了一个重要工具。

《科学》杂志的资深编辑Mattia Maroso博士说道：“这种利用直接重编程技术建模晚发性阿尔茨海默病的方法，有望帮助科学家们更好地理解晚发性阿尔茨海默病的复杂病理，并为这种目前无法治愈的疾病开发提供了有效的治疗策略”。

圣路易斯华盛顿大学医学院孙昭博士为第一作者，Andrew Yoo博士为通讯作者。

原文链接：science.org/doi/10.1126/science.adl2992