發(fā)布時間：2016-01-14來源：Maple 供稿：干細胞所 劉靜馨
1月5日，國際學術期刊Nature子刊Translational Psychiatry在線發(fā)表了中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院李志遠研究組的研究成果：CRISPR/Cas9 facilitates investigation of neural circuit disease using human iPSCs: mechanism of epilepsy caused by an SCN1A loss-of-function mutation。這項研究中，研究人員將近年來迅猛發(fā)展的基因組編輯技術與iPSC來源的疾病模型結合起來，研究SCN1A（Nav1.1）功能喪失型突變導致癲癇的原因。
癲癇作為一種大腦興奮性與抑制性失衡的疾病，涉及到興奮性與抑制性神經(jīng)元亞型及它們通過突觸結構的相互作用。因而，其致病機制復雜，研究難度較大。Nav1.1突變對通道自身功能可造成“增強”與“喪失”兩種截然相反的效果。關于功能喪失型的突變，目前的研究成果相互矛盾，加之這些研究使用的體系本身存在局限性，使得其致病機制霧里看花，尚難定論。在大腦中Nav1.1主要表達在GABA能神經(jīng)元中，而在小部分谷氨酸能神經(jīng)元中也有表達。Nav1.1具有偏好性的分布暗示，疾病起源于特定的神經(jīng)元亞型，并且二者在疾病的發(fā)生中扮演不同角色。很明顯，目前的iPSC疾病模型不能提供這樣一個體系：既包含兩種神經(jīng)元的網(wǎng)絡，同時又允許我們在電生理試驗中能夠精確的區(qū)分出其中的Nav1.1表達的亞型，以確保我們可以檢測突變的直接效應、確定疾病根源。另一方面，目前利用iPS細胞模型的研究往往是基于具有不同基因背景的細胞株之間的比較，而眾多的證據(jù)表明，基因背景可以影響疾病的臨床癥狀的嚴重程度。總之，由于本身存在的局限性，使得利用iPSC模擬如癲癇之類的神經(jīng)網(wǎng)絡疾病處于困境。而基因編輯技術的出現(xiàn)及快速發(fā)展，為iPSC模型模擬神經(jīng)網(wǎng)絡類疾病的尷尬局面打開了一條出路。
研究人員通過在iPS細胞水平上敲入紅色熒光蛋白基因來標記神經(jīng)元網(wǎng)絡中的GABA能神經(jīng)元亞型，首次在病人來源的神經(jīng)元網(wǎng)絡中對表達Nav1.1的神經(jīng)元亞型做了電生理檢測。同時，對網(wǎng)絡中自發(fā)抑制性及興奮性突觸后電活動進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，突變c.a5768G（在外源性轉染體系中表現(xiàn)為無Nav1.1流）不僅影響表達Nav1.1的GABA能神經(jīng)元上Nav總電流幅度的大小，而且影響Nav的通道激活性質。該變化進一步導致患者來源的神經(jīng)元網(wǎng)絡中的自發(fā)性抑制性突觸后電流（sIPSCs）減弱。雖然自發(fā)的興奮性突觸后電流（sEPSCs）無顯著性變化，但是，當進一步分析sIPSCs和sEPSCs的頻率后，研究發(fā)現(xiàn)，患者來源的神經(jīng)元網(wǎng)絡突觸后活動從抑制為主的狀態(tài)轉化為興奮性為主的激發(fā)態(tài)，這表明，僅僅sIPSCs的變化就足以顯著逆轉神經(jīng)元網(wǎng)絡的興奮性水平。
該研究成果填補了對SCN1A在外源轉染體系上的突變效應與在內源性表達的神經(jīng)元上的突變效應之間的關系認識上的空白，并揭示了SCN1A功能缺失突變所致的癲癇發(fā)生的根本生理學基礎。
該研究獲得科技部、國家自然科學基金、中科院、廣東省和廣州市的經(jīng)費支持。
病人神經(jīng)元網(wǎng)絡中興奮性自發(fā)性突觸后電活動占主導地位
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