城大與港大醫學院研發基因改造神經幹細胞 為脊髓受損帶來治療新方向

由香港城市大學（城大）與香港大學（港大）共同領導的研究團隊，最近在研發基因改造人體神經幹細胞（hNSCs）用以治療脊髓損傷方面，取得重大進展。聯合研究團隊發現抑制神經幹細胞內某特定基因後，能有效激發神經再生，令活動機能恢復，為脊髓受損的病人帶來新的治療曙光。

脊髓損傷通常因跌倒、撞車或運動意外而引致。具有長軸突的脊髓神經元在大腦和身體其他部位之間傳遞信號，調控肌肉肢體活動和感覺機能。脊髓受損對神經元和軸突造成不可逆轉的損傷，顯著阻斷信號傳遞，因而令病人喪失活動及肢體感覺機能。

「現時，對於脊髓受損的病人未有有效的臨床治療方案，常導致他們終身殘疾。」城大神經科學系助理教授兼研究團隊共同領導人劉艾佳教授續說：「雖然最近通過移植人體多能性幹細胞誘導產生的神經幹細胞（human induced pluripotent stem cells），在治療方面取得進展，但病人活動機能的復原程度有限。主要原因在於損傷部位出現惡性的細胞微環境，包括形成猶如屏障一樣的星形膠質細胞傷疤（astroglial scars），而且成年人體內缺乏神經營養因子，因此阻礙神經細胞存活及分化成為成熟的、具有長軸突的神經元，無法有效重新建立脊髓通路來傳遞信號，從而限制了病人的活動和感覺機能復原。」

早前有研究發現一種名為SOX9的基因 ，其高表達與脊髓損傷後的惡性微環境有密切關係，是導致神經膠質形成和神經元無法生存、成為功能性神經元的主要原因。聯合研究團隊發現，改造移植的神經幹細胞中的SOX9基因，使其表達降低約50%，可有效增強人體神經幹細胞在惡性微環境中的耐受性和神經元分化能力，並在較短時間内重新建立脊髓通路。

移植後， SOX9基因表達降低了的基因改造神經幹細胞，在惡劣微環境中展現出強大的神經元分化和成熟能力（神經系統中未成熟細胞成為特化神經細胞的過程），它同時顯著減少了膠質疤痕的形成，從而促進長距離軸突的生長，在較短時間內重建脊髓神經迴路。研究團隊發現經移植治療後，大量軸突在傷後三個月增長超過35毫米，相比之下，移植未經基因改造的神經幹細胞則只有較少量軸突可延伸至25毫米。

為進一步了解移植SOX9基因修飾的人體神經幹細胞是否有助恢復活動機能，團隊採用脊髓嚴重損傷大鼠模型，並利用網格步行、持續步行和感覺刺激等方法，測試移植後大鼠各項運動感覺能力。其中，網格步行測試是要觀察大鼠的肢體協調能力，如左右前後腳是否能正確的抓着網格；持續步行測試則是要記錄大鼠的踏步模式以了解步態和指尖末端運動能力。

相比於移植未經SOX9修飾的神經幹細胞治療的大鼠，接受SOX9基因修飾神經幹細胞移植的大鼠可將受損的後腳掌正確地放在網格，並出現較少的錯誤。此外，這些大鼠步行通過一米長的狹窄通道時，具有良好的步態，並清楚顯示其腳掌位置及腳趾的移動，證明指尖末端運動能力恢復。

劉教授說：「我們的研究運用基因修飾的策略，改變人體神經幹細胞在活體內對損傷後惡性微環境的反應，提升細胞的耐受力和自行分化潛能，為利用神經幹細胞修復脊髓損傷，帶來新的治療方向。」

她補充說：「這種經基因修飾的神經幹細胞由人體多能性幹細胞誘導產生，可以從患者自身的細胞，例如在皮膚細胞或血細胞中生成，這消除了對胚胎幹細胞的需求及相關的倫理問題，這也降低了移植時的免疫排斥風險，可為嚴重脊髓損傷提供更有效的自體幹細胞療法。」

上述研究成果已於科學期刊《先進科學》（Advanced Science）上發表，題為〈Transplanting Human Neural Stem Cells with ≈50% Reduction of SOX9 Gene Dosage Promotes Tissue Repair and Functional Recovery from Severe Spinal Cord Injury〉。

研究論文的共同第一作者及通訊作者是劉教授及港大李嘉誠醫學院生物醫學學院副教授張知恒博士，團隊其他成員包括港大醫學院陳應城教授、以及來自城大及港大醫學院的研究員。項目獲香港研究資助局撥款資助。

https://www.cityu.edu.hk/zh-hk/research/stories/2023/08/16/genetically-modified-neural-stem-cells-developed-cityu-and-hkumed-researchers-show-promising-therapeutic-potential-spinal-cord-injury