利用从罕见神经系统疾病患者身上产生的干细胞，科学家们正在解析该种疾病的发病原理，并以此来测试若干候选药物的疗效。发表在8月20日《自然》杂志上的该项研究致力于实现干细胞研究的主要目标之一，即利用源于成体细胞重组的干细胞——诱导多能干细胞（iPS）来研究患者自体细胞疾病的影响，这种细胞是用其他方式所无法获得的。
美国斯隆—凯特林研究所的研究人员专注于研究家族性植物神经功能不全症（FD），该种疾病会对控制触觉、血压和流泪等功能的神经元产生影响。症状一般发端于生命早期，有时甚至从一出生就会发病，主要表现为肌肉缺乏张力和反射控制，从而产生疼痛、血压升高和呼吸困难等问题。该疾病是由一种已知的基因变异引起的，但科学家们一直无法建立这种疾病的动物模型。
研究人员从FD患者身上获取皮肤细胞，然后利用病毒将4个基因插入这些细胞中，从而创建出iPS细胞系。这些重组细胞的行为类似于胚胎干细胞，也能转化成所有类型的细胞。接着，研究人员将那些未分化的细胞诱导为特定的细胞类型，如神经嵴细胞（它能产生受FD影响的神经元）。
FD患者有一个基因突变，该基因对一种称为IKAP的蛋白进行编码，基因突变导致基因被转译成蛋白时部分基因序列被跳过。为了了解这种疾病的更多信息，研究人员检视了不同细胞类型中的正常和突变蛋白。研究人员预计这些神经细胞将会拥有更多的异常蛋白。但事实上，他们发现错误的转译在各种不同细胞中发生的几率是同等的。不过，正常IKAP的水平在神经细胞中要低得多，这也许是疾病为何攻击这些细胞的原因。
该研究小组还发现，这些细胞在分化成神经元的能力上是具有缺陷的，其并不像培养皿中的正常细胞一样容易迁移。研究人员利用此种差异来衡量3种药物的疗效，这几种药已被提议作为治疗FD的候选药物，其中一种药物就是激动素（kinetin）。激动素是一种天然植物激素，通常用作抗皱治疗化妆品。研究人员表示，激动素可几乎完全扭转剪接缺陷，进一步的治疗还可扭转分化缺陷，但不能影响细胞的迁移能力。
美国马萨诸塞州总医院的神经学家苏珊·斯劳根豪特认为，这些细胞给长期以来令人沮丧的神经系统疾病研究注入了一支“强心剂”。该技术首次提供了对来自患者的疾病相关细胞类型进行检视的能力。此一研究也首次表明激动素能改善神经细胞疾病病情，为使用激动素进行长期治疗可能有益于FD患者的观点提供了最好的证据。
美国斯克里普斯研究所再生医学中心主任珍妮·罗琳认为，此项工作将成为未来使用干细胞来研究及治疗神经系统疾病的一个蓝本。（生物谷Bioon.com）
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Nature advance online publication 19 August 2009 | doi:10.1038/nature08320
Modelling pathogenesis and treatment of familial dysautonomia using patient-specific iPSCs
Gabsang Lee1, Eirini P. Papapetrou2, Hyesoo Kim1, Stuart M. Chambers1, Mark J. Tomishima1,2,3, Christopher A. Fasano1, Yosif M. Ganat1,6, Jayanthi Menon4, Fumiko Shimizu4, Agnes Viale5, Viviane Tabar2,4, Michel Sadelain2 & Lorenz Studer1,2,4
1 Developmental Biology Program,
2 Center for Cell Engineering,
3 SKI Stem Cell Research Facility,
4 Department of Neurosurgery,
5 Genomics Core Facility, Sloan-Kettering Institute, 1275 York Ave,
6 Weill Cornell Graduate School, New York, New York 10065, USA
The isolation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs)1, 2, 3 offers a new strategy for modelling human disease. Recent studies have reported the derivation and differentiation of disease-specific human iPSCs4, 5, 6, 7. However, a key challenge in the field is the demonstration of disease-related phenotypes and the ability to model pathogenesis and treatment of disease in iPSCs. Familial dysautonomia (FD) is a rare but fatal peripheral neuropathy, caused by a point mutation in the IKBKAP 8 gene involved in transcriptional elongation9. The disease is characterized by the depletion of autonomic and sensory neurons. The specificity to the peripheral nervous system and the mechanism of neuron loss in FD are poorly understood owing to the lack of an appropriate model system. Here we report the derivation of patient-specific FD-iPSCs and the directed differentiation into cells of all three germ layers including peripheral neurons. Gene expression analysis in purified FD-iPSC-derived lineages demonstrates tissue-specific mis-splicing of IKBKAP in vitro. Patient-specific neural crest precursors express particularly low levels of normal IKBKAP transcript, suggesting a mechanism for disease specificity. FD pathogenesis is further characterized by transcriptome analysis and cell-based assays revealing marked defects in neurogenic differentiation and migration behaviour. Furthermore, we use FD-iPSCs for validating the potency of candidate drugs in reversing aberrant splicing and ameliorating neuronal differentiation and migration. Our study illustrates the promise of iPSC technology for gaining new insights into human disease pathogenesis and treatment.
