帕金森病是老年人群中最為常見的神經退行性疾病之一，全球有超過600萬患者，而其中一半的病人在我國。左旋多巴是目前臨床上最常用的帕金森病治療藥物，但該藥物除去干預帕金森病累及的基底節多巴胺神經環路并恢復其功能以外，還非特異性地作用于全腦和全身所有其他多巴胺系統，缺乏選擇性并因此引發多種副作用，因此亟需研發高度特異性的帕金森病治療方法。
11月2日，中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所（以下簡稱“深圳先進院腦所”）/深港腦科學創新研究院（以下簡稱“深港腦院”）路中華/戴輯/鮑進團隊在 Cell上在線發表了題為 Circuit-specific gene therapy reverses core symptoms in a primate Parkinson’s disease model的研究論文。研究報道了一種全新的基于逆向腺相關病毒（retrograde AAV）的神經調控策略，這一技術與現有左旋多巴和多巴胺受體激動劑類藥物相比最大特點是可以實現對帕金森病累及的基底節神經環路的精準靶向干預，而不影響全腦全身任一其他多巴胺通路和系統，為帕金森病臨床治療提供了潛在的全新精準干預技術。
帕金森病的病因是中腦黑質腦區多巴胺神經元的大量死亡，從而導致基底節運動控制中樞的兩條關鍵神經通路：直接通路和間接通路的活動失調并表現為一系列以運動障礙為主的臨床癥狀。其中直接通路中受多巴胺調控的關鍵節點是紋狀體腦區表達D1型多巴胺受體的D1中棘神經元，這些神經元在運動控制中起到類似“油門”-即促進運動的作用；在帕金森病中這些神經元活動被長期抑制，是導致帕金森病運動癥狀的關鍵因素之一。
過往基于嚙齒類動物模型的研究發現，只要特異性逆轉D1中棘神經元的活動抑制，就可以起到治療帕金森病運動癥狀的功效；但實現這一靶向調控需要使用經過遺傳改造的，在D1中棘神經元中表達外源蛋白元件的轉基因動物，這是在靈長類大腦特別是人腦中完全無法實施的技術策略。研究團隊通過對這一技術瓶頸進行系統分析發現，如果想要在紋狀體腦區中做到對直接通路的D1中棘神經元進行干預而不影響同一腦區中的間接通路D2中棘神經元（在運動控制中起到類似“剎車”的作用），可以利用這兩類神經元的神經環路結構差異：即只有D1中棘神經元的軸突投射至遠離紋狀體的黑質網狀部腦區，而D2中棘神經元的軸突投射至緊鄰紋狀體的外側蒼白球腦區。
基于這一特有環路結構差異，研究團隊創新性地提出：將高效感染神經元軸突的逆向AAV病毒遞送至黑質網狀部，這些逆向AAV感染軸突并標記D1中棘神經元；而D2中棘神經元的軸突遠在蒼白球，因此在結構上杜絕了被標記的可能。這一D1中棘神經元靶向標記策略輔以化學遺傳學介導的神經活動調控，即可在靈長類腦中對D1中棘神經元/直接通路進行選擇性活動調控，從而實現對帕金森病運動癥狀的靶向干預。該技術創新的重要優勢在于其在全腦所有多巴胺通路中，高度選擇性地調控了基底節直接通路，而不會干擾全腦和全身其他多種多樣的、且未受到帕金森病影響的多巴胺通路和相關功能，從而實現了疾病干預的高度靶向性。
為實現上述策略，研究團隊開發了高效逆向標記D1中棘神經元的全新AAV衣殼AAV8R12，以及驅動目標基因在中棘神經元廣泛表達的全新啟動子G88P2/3/7。與深圳先進院腦所和深港腦院的李翔研究員密切合作，團隊篩選了化學遺傳學元件rM3Ds以與全身系統給藥相匹配。上述組件構成的神經調控體系不僅能在小鼠腦中，還能在獼猴腦中靶向激活D1中棘神經元/直接通路。
接下來的動物實驗發現，這一基于神經環路逆向示蹤的神經調控策略在靈長類帕金森病模型中高效逆轉了運動相關的疾病表型：相較于干預前，干預后動物的運動遲緩癥狀得到極大緩解，震顫表型基本去除，運動技巧也得到很大恢復。論文主要通訊作者（Lead Contact）、深圳先進院腦編輯中心主任路中華研究員在描述這一嶄新的靶向神經調控技術的療效時說道：“令人振奮的是，對比現有的左旋多巴藥物治療，新技術表現出多個獨有優勢。第一，環路靶向神經調控起效更快。第二，環路靶向神經調控單次給藥后藥效維持至少24小時，而左旋多巴通常藥效不超過6小時。第三，環路靶向神經調控在長期持續給藥（超過8個月）后藥效穩定且不會引發服用左旋多巴常見的副作用-異動癥?！贝送?，左旋多巴需要帕金森病人有部分殘余多巴胺神經元以將其轉化為多巴胺，而環路靶向神經調控不依賴這一轉化步驟，理論上為晚期喪失所有多巴胺神經元的帕金森病人提供了可行的全新干預策略。
研究團隊現正積極開展該項技術的臨床轉化工作。值得關注的是，幾乎所有的神經系統疾病都伴隨著特定神經環路的功能異常，然而過往技術尚未實現在靈長類腦中對這些疾病累及的重要神經環路進行精準功能矯正以達到干預疾病表型的目的。本研究所建立的神經調控框架和技術體系為在靈長類腦中實現靶向干預疾病神經環路，并逆轉疾病表型提供了重要范例。
該研究由中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所、深港腦科學創新研究院路中華、戴輯、鮑進團隊合作完成。路中華研究員是論文的主要通訊作者，戴輯副研究員和鮑進研究員為共同通訊作者。論文的第一作者是中科院深圳先進院腦所/深港腦院助理研究員陳曄菲博士，共同第一作者是深圳市婦幼保健院和中科院深圳先進院聯合培養博士后洪澤璇博士。項目的合作方包括深圳市婦幼保健院李元濤教授課題組，徐州醫科大學李安安教授課題組，南方醫科大學姜曉丹教授，中科院上海藥物所中科中山藥物創新研究院陳遷研究員等。
圖說：逆向AAV介導的帕金森病神經環路靶向神經調控策略
圖說：靶向標記策略高效標記獼猴紋狀體腦區
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