布萊克肖團隊指出，付向東團隊的研究結(jié)論可能是在一些神經(jīng)元表達泄露的小鼠上獲得的，這些小鼠在實驗開始前應(yīng)被剔除，付向東團隊在實驗中缺乏必要的變量控制。
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付向東團隊認(rèn)為，星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化可能是由于現(xiàn)有神經(jīng)元泄露導(dǎo)致的可能性仍待驗證，但目前的scRNA-seq和免疫染色數(shù)據(jù)表明，與成熟星形膠質(zhì)細(xì)胞相比，星形膠質(zhì)細(xì)胞亞類或星形膠質(zhì)細(xì)胞樣具有更高的分化能力，能重新構(gòu)建神經(jīng)元譜系。
付向東。圖片來源：腦科學(xué)世界
抑制Ptbp1蛋白可以使大腦中的星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元嗎？這是膠質(zhì)細(xì)胞——神經(jīng)元轉(zhuǎn)分化領(lǐng)域中一個懸而未決的爭議。近日，這一領(lǐng)域再起波瀾。
當(dāng)?shù)貢r間6月7日，《自然》（Nature）雜志在“Matters Arising”欄目刊登了著名神經(jīng)科學(xué)家美國約翰·霍普金斯醫(yī)學(xué)院（John Hopkins University School of Medicine）賽斯·布萊克肖（Seth Blackshaw）教授團隊與西湖大學(xué)講席教授付向東團隊的“爭論”。
布萊克肖團隊認(rèn)為，Ptbp1敲除不會誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化，付向東團隊則認(rèn)為敲低Ptbp1可以誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化。
突破
“爭論”起源于當(dāng)時還在美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的付向東團隊2020年6月發(fā)表于《自然》的一篇封面論文。在該文章中，付向東團隊報告了一項振奮人心的發(fā)現(xiàn)：在星形膠質(zhì)細(xì)胞中敲低Ptbp1可以在帕金森小鼠模型中誘導(dǎo)產(chǎn)生新的多巴胺功能性神經(jīng)元，重建受損的神經(jīng)環(huán)路，并有效治療帕金森綜合征相關(guān)的運動障礙。
付向東團隊2020年發(fā)表于《自然》的論文截圖。
這項研究被認(rèn)為是神經(jīng)退行性疾病治療的新突破，對帕金森綜合征及其他神經(jīng)退行性疾病提供了極具前景的治療策略。在這項研究之前，2020年4月，中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所楊輝團隊在《細(xì)胞》（Cell）發(fā)文，報道了運用CRISPR-CasRx系統(tǒng)在小鼠中敲低Ptbp1，實現(xiàn)了高效且特異地將紋狀體中星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成為多巴胺神經(jīng)元用以改善小鼠中帕金森疾病的癥狀。
楊輝團隊2020年4月發(fā)表于《細(xì)胞》雜志的論文截圖。
兩項研究相互背書，提示Ptbp1的重要作用。在付向東團隊2020年的論文發(fā)表時，《自然》的審稿人之一、瑞典卡羅林斯卡學(xué)院（Karolinska Institute）帕金森疾病領(lǐng)域?qū)＜褽rnest Arenas教授專門撰寫了評論文章，對這兩項研究的結(jié)果作出高度評價，尤其是在臨床轉(zhuǎn)化上的重大意義。不過，付向東和楊輝后陷入學(xué)術(shù)剽竊風(fēng)波。
常見的神經(jīng)退行性疾病如帕金森綜合征、腦萎縮、阿爾茨海默病等，致病的根源都是相關(guān)神經(jīng)元的“消逝”。如果能使神經(jīng)元再生，神經(jīng)退行性疾病或許就迎來了“解藥”。因此，科學(xué)家們一直在嘗試通過各種方法來修復(fù)神經(jīng)元。這一議題還被認(rèn)為是諾獎級別的研究課題。
膠質(zhì)細(xì)胞廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)，是最接近神經(jīng)元的細(xì)胞，大多數(shù)神經(jīng)元再生研究都圍繞膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化展開。在以往的研究中，這種轉(zhuǎn)變成功率較低，直到付向東團隊研究的出現(xiàn)。
付向東團隊發(fā)現(xiàn)了一種只需一步轉(zhuǎn)分化即可產(chǎn)生功能性神經(jīng)元的策略。通過在體外用慢病毒敲低Ptbp1，四周后發(fā)現(xiàn)一半以上的星形膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出神經(jīng)元的形態(tài)學(xué)特征；更為重要的是，在實驗動物體內(nèi)，這種效應(yīng)能夠通過反義寡核苷酸（ASO）較為簡單地實現(xiàn)。
據(jù)《中國科學(xué)報》報道，付向東團隊的文章發(fā)表后，全球至少有10個神經(jīng)科學(xué)研究組立即著手重復(fù)實驗，但大約只有三分之一的團隊得到了相同的結(jié)果，其余團隊或認(rèn)為新生的神經(jīng)元并非來自成熟的星形膠質(zhì)細(xì)胞，或認(rèn)為功能性神經(jīng)元不可再生。
質(zhì)疑
轟動過后，質(zhì)疑聲逐漸出現(xiàn)。
美國得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心（University of Texas, Southwestern Medical Center at Dallas）的張春立教授就曾提出質(zhì)疑，通過嚴(yán)格的譜系追蹤，張春立團隊發(fā)現(xiàn)小鼠大腦中出現(xiàn)的新生神經(jīng)元不是由星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化而形成的，而可能是由于病毒載體泄露感染的內(nèi)源性神經(jīng)元。當(dāng)?shù)貢r間2021年9月27日，相關(guān)論文發(fā)表于《細(xì)胞》雜志上。
張春立團隊2021年發(fā)表于《細(xì)胞》雜志的論文截圖。
當(dāng)?shù)貢r間2021年10月5日，布萊克肖團隊在預(yù)印本網(wǎng)站BioRxiv上發(fā)表文章提出質(zhì)疑，他們通過譜系追蹤、單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）及電生理實驗發(fā)現(xiàn)，在視網(wǎng)膜穆勒膠質(zhì)細(xì)胞（retinal M?ller glia）或大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞（Astrocytes）中特異性地敲除Ptbp1并不能有效誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)元。
當(dāng)?shù)貢r間2022年6月14日，布萊克肖團隊將前述研究中關(guān)于視網(wǎng)膜穆勒膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化研究結(jié)果正式發(fā)表于《細(xì)胞-報告》（Cell Reports）上，關(guān)于大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞的部分則于當(dāng)?shù)貢r間2023年6月7日正式發(fā)表于《自然》雜志。
在布萊克肖團隊6月7日的《自然》文章中，他們指出，付向東團隊的研究結(jié)論可能是在一些神經(jīng)元表達泄露的小鼠上獲得的，這些小鼠在實驗開始前應(yīng)被剔除，因此他們認(rèn)為，付向東團隊在實驗中缺乏必要的變量控制。
通過譜系追蹤系統(tǒng)和scRNA-seq，布萊克肖團隊分析了攜帶Ptpb1雜合或純合突變體的星形膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)無論神經(jīng)元是否損傷，敲除Ptbp1都不會誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元轉(zhuǎn)換。并且，敲除Ptbp1不會改變膠質(zhì)細(xì)胞的生理特性。
布萊克肖團隊又對小鼠皮質(zhì)、紋狀體、黑質(zhì)的野生型、雜合子和純合子Ptbp1缺失星形膠質(zhì)細(xì)胞進行單細(xì)胞RNA測序，未能觀察到神經(jīng)元特異性基因表達的改變。他們認(rèn)為，這突出了使用譜系追蹤、基因表達譜分析等方法在研究細(xì)胞類型轉(zhuǎn)換中的重要性。
值得一提的是，2023年2月，楊輝團隊也在《自然-基因治療》（Nature Gene Therapy）上發(fā)文，指出使用Cas13x敲低Ptbp1后無法在體內(nèi)誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化，否定了其團隊2020年發(fā)表于《細(xì)胞》的研究結(jié)果，并認(rèn)為之前的結(jié)果是由載體泄露導(dǎo)致。
楊輝團隊2023年2月發(fā)表于《自然-基因治療》的論文截圖。
回應(yīng)
當(dāng)?shù)貢r間2023年6月7日，在與布萊克肖團隊的質(zhì)疑文章同期的《自然》雜志中，付向東團隊進行了回應(yīng)。
付向東團隊2023年6月7日發(fā)表于《自然》的回應(yīng)文章。
在分析了布萊克肖團隊的scRNA-seq數(shù)據(jù)后，付向東團隊得出了相反的結(jié)論。付向東團隊認(rèn)為，布萊克肖團隊所報告的Ptbp1敲除誘導(dǎo)的表型與其報告的Ptbp1敲低誘導(dǎo)的表型不同。Ptbp1敲除與敲低的不同反應(yīng)類似于另一種主要的負(fù)神經(jīng)發(fā)生調(diào)節(jié)因子Rest，Rest敲低促進神經(jīng)發(fā)生，而Rest敲除導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞和成熟神經(jīng)元死亡。由于遺傳補償，與基因敲除相比，越來越多的基因在敲低后顯示出不同的表型。
從機制上講，已知Ptbp1下調(diào)可在大多數(shù)細(xì)胞類型中誘導(dǎo)其新的區(qū)域旁系Ptbp2，Ptbp1和Ptbp2同時缺失則會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。成功的星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化需要在Ptbp1敲低的細(xì)胞中降低Ptbp2表達，就像在大腦發(fā)育過程中觀察到的那樣。這種Ptbp2的動態(tài)調(diào)整能夠解釋敲除與敲低誘導(dǎo)的不同表型：在Ptpb1敲低細(xì)胞中，Ptbp2可能仍然能夠進行動態(tài)調(diào)控；然而，在Ptbp1敲除細(xì)胞中，誘導(dǎo)的Ptbp2可能被迫維持在高水平，以確保細(xì)胞的活力，從而防止神經(jīng)元重編程過程中所需的連續(xù)下調(diào)。
付向東團隊認(rèn)為，星形膠質(zhì)細(xì)胞到神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化可能是由于現(xiàn)有神經(jīng)元泄露導(dǎo)致的可能性仍待驗證，但目前的scRNA-seq和免疫染色數(shù)據(jù)表明，與成熟星形膠質(zhì)細(xì)胞相比，星形膠質(zhì)細(xì)胞亞類或星形膠質(zhì)細(xì)胞樣具有更高的分化能力，能重新構(gòu)建神經(jīng)元譜系，這是未來的研究要解決的問題。
Matters Arising是《自然》為促進學(xué)術(shù)爭鳴而設(shè)置的欄目。2020年8月，《自然-可持續(xù)性》（Nature Sustainability）曾發(fā)表社論介紹這一欄目，該文章表示，建設(shè)性的批評對學(xué)術(shù)辯論的推進至關(guān)重要，同行評審的文章是學(xué)術(shù)研究系統(tǒng)的支柱之一，一篇文章的同行評審并不止于期刊出版。學(xué)術(shù)辯論最終會激發(fā)新的研究。
抑制Ptbp1蛋白是否可以使大腦中的星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元，還需要更多的實驗數(shù)據(jù)來證明。學(xué)術(shù)爭議無可厚非，正如付向東向《中國科學(xué)報》所述，大大小小的爭論推動科學(xué)不斷向前，“不能有質(zhì)疑就不做了，我在不斷地爭論中得到了很多新的看法。實事求是，對了就勇往直前，當(dāng)然錯了就勇于承認(rèn)。”
據(jù)西湖大學(xué)官網(wǎng)信息，付向東1982年畢業(yè)于武漢大學(xué)，并獲得病毒學(xué)學(xué)士學(xué)位，1983年通過中美生物化學(xué)聯(lián)合招生（CUSBEA）計劃留學(xué)美國凱斯西儲大學(xué)，并于1988年獲得生物化學(xué)博士學(xué)位，1988年至1992年在哈佛大學(xué)生化與分子生物系完成博士后訓(xùn)練。付向東1992年加入加州大學(xué)圣地亞哥分校細(xì)胞與分子醫(yī)學(xué)系，歷任助理教授（1992-1998）、副教授（1998-2002）、正教授（2002-2018）和杰出教授（2018-2022）。2023年1月，付向東從美國加州大學(xué)圣地亞哥分校離職，全職回國，加盟西湖大學(xué)。
（原標(biāo)題：《自然》關(guān)注“神經(jīng)再生”研究真實性，中美頂級科學(xué)家發(fā)文“對峙”）
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