帕金森病是老年人群中最為常見的神經(jīng)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(yù)帕金森病累及的基底節(jié)多巴胺神經(jīng)環(huán)路并恢復(fù)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(tǒng)，缺乏選擇性并因此引發(fā)多種副作用，因此亟需研發(fā)高度特異性的帕金森病治療方法。
11月2日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所（以下簡稱“深圳先進(jìn)院腦所”）/深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院（以下簡稱“深港腦院”）路中華/戴輯/鮑進(jìn)團(tuán)隊在 Cell上在線發(fā)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(guān)病毒（retrograde AAV）的神經(jīng)調(diào)控策略，這一技術(shù)與現(xiàn)有左旋多巴和多巴胺受體激動劑類藥物相比最大特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)對帕金森病累及的基底節(jié)神經(jīng)環(huán)路的精準(zhǔn)靶向干預(yù)，而不影響全腦全身任一其他多巴胺通路和系統(tǒng)，為帕金森病臨床治療提供了潛在的全新精準(zhǔn)干預(yù)技術(shù)。
帕金森病的病因是中腦黑質(zhì)腦區(qū)多巴胺神經(jīng)元的大量死亡，從而導(dǎo)致基底節(jié)運(yùn)動控制中樞的兩條關(guān)鍵神經(jīng)通路：直接通路和間接通路的活動失調(diào)并表現(xiàn)為一系列以運(yùn)動障礙為主的臨床癥狀。其中直接通路中受多巴胺調(diào)控的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是紋狀體腦區(qū)表達(dá)D1型多巴胺受體的D1中棘神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在運(yùn)動控制中起到類似“油門”-即促進(jìn)運(yùn)動的作用；在帕金森病中這些神經(jīng)元活動被長期抑制，是導(dǎo)致帕金森病運(yùn)動癥狀的關(guān)鍵因素之一。
過往基于嚙齒類動物模型的研究發(fā)現(xiàn)，只要特異性逆轉(zhuǎn)D1中棘神經(jīng)元的活動抑制，就可以起到治療帕金森病運(yùn)動癥狀的功效；但實(shí)現(xiàn)這一靶向調(diào)控需要使用經(jīng)過遺傳改造的，在D1中棘神經(jīng)元中表達(dá)外源蛋白元件的轉(zhuǎn)基因動物，這是在靈長類大腦特別是人腦中完全無法實(shí)施的技術(shù)策略。研究團(tuán)隊通過對這一技術(shù)瓶頸進(jìn)行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，如果想要在紋狀體腦區(qū)中做到對直接通路的D1中棘神經(jīng)元進(jìn)行干預(yù)而不影響同一腦區(qū)中的間接通路D2中棘神經(jīng)元（在運(yùn)動控制中起到類似“剎車”的作用），可以利用這兩類神經(jīng)元的神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)差異：即只有D1中棘神經(jīng)元的軸突投射至遠(yuǎn)離紋狀體的黑質(zhì)網(wǎng)狀部腦區(qū)，而D2中棘神經(jīng)元的軸突投射至緊鄰紋狀體的外側(cè)蒼白球腦區(qū)。
基于這一特有環(huán)路結(jié)構(gòu)差異，研究團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出：將高效感染神經(jīng)元軸突的逆向AAV病毒遞送至黑質(zhì)網(wǎng)狀部，這些逆向AAV感染軸突并標(biāo)記D1中棘神經(jīng)元；而D2中棘神經(jīng)元的軸突遠(yuǎn)在蒼白球，因此在結(jié)構(gòu)上杜絕了被標(biāo)記的可能。這一D1中棘神經(jīng)元靶向標(biāo)記策略輔以化學(xué)遺傳學(xué)介導(dǎo)的神經(jīng)活動調(diào)控，即可在靈長類腦中對D1中棘神經(jīng)元/直接通路進(jìn)行選擇性活動調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對帕金森病運(yùn)動癥狀的靶向干預(yù)。該技術(shù)創(chuàng)新的重要優(yōu)勢在于其在全腦所有多巴胺通路中，高度選擇性地調(diào)控了基底節(jié)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(guān)功能，從而實(shí)現(xiàn)了疾病干預(yù)的高度靶向性。
為實(shí)現(xiàn)上述策略，研究團(tuán)隊開發(fā)了高效逆向標(biāo)記D1中棘神經(jīng)元的全新AAV衣殼AAV8R12，以及驅(qū)動目標(biāo)基因在中棘神經(jīng)元廣泛表達(dá)的全新啟動子G88P2/3/7。與深圳先進(jìn)院腦所和深港腦院的李翔研究員密切合作，團(tuán)隊篩選了化學(xué)遺傳學(xué)元件rM3Ds以與全身系統(tǒng)給藥相匹配。上述組件構(gòu)成的神經(jīng)調(diào)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(jīng)元/直接通路。
接下來的動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這一基于神經(jīng)環(huán)路逆向示蹤的神經(jīng)調(diào)控策略在靈長類帕金森病模型中高效逆轉(zhuǎn)了運(yùn)動相關(guān)的疾病表型：相較于干預(yù)前，干預(yù)后動物的運(yùn)動遲緩癥狀得到極大緩解，震顫表型基本去除，運(yùn)動技巧也得到很大恢復(fù)。論文主要通訊作者（Lead Contact）、深圳先進(jìn)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(jīng)調(diào)控技術(shù)的療效時說道：“令人振奮的是，對比現(xiàn)有的左旋多巴藥物治療，新技術(shù)表現(xiàn)出多個獨(dú)有優(yōu)勢。第一，環(huán)路靶向神經(jīng)調(diào)控起效更快。第二，環(huán)路靶向神經(jīng)調(diào)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(huán)路靶向神經(jīng)調(diào)控在長期持續(xù)給藥（超過8個月）后藥效穩(wěn)定且不會引發(fā)服用左旋多巴常見的副作用-異動癥。”此外，左旋多巴需要帕金森病人有部分殘余多巴胺神經(jīng)元以將其轉(zhuǎn)化為多巴胺，而環(huán)路靶向神經(jīng)調(diào)控不依賴這一轉(zhuǎn)化步驟，理論上為晚期喪失所有多巴胺神經(jīng)元的帕金森病人提供了可行的全新干預(yù)策略。
研究團(tuán)隊現(xiàn)正積極開展該項(xiàng)技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化工作。值得關(guān)注的是，幾乎所有的神經(jīng)系統(tǒng)疾病都伴隨著特定神經(jīng)環(huán)路的功能異常，然而過往技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)在靈長類腦中對這些疾病累及的重要神經(jīng)環(huán)路進(jìn)行精準(zhǔn)功能矯正以達(dá)到干預(yù)疾病表型的目的。本研究所建立的神經(jīng)調(diào)控框架和技術(shù)體系為在靈長類腦中實(shí)現(xiàn)靶向干預(yù)疾病神經(jīng)環(huán)路，并逆轉(zhuǎn)疾病表型提供了重要范例。
該研究由中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所、深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院路中華、戴輯、鮑進(jìn)團(tuán)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(jìn)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(jìn)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(jìn)院聯(lián)合培養(yǎng)博士后洪澤璇博士。項(xiàng)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(yī)科大學(xué)李安安教授課題組，南方醫(yī)科大學(xué)姜曉丹教授，中科院上海藥物所中科中山藥物創(chuàng)新研究院陳遷研究員等。
圖說：逆向AAV介導(dǎo)的帕金森病神經(jīng)環(huán)路靶向神經(jīng)調(diào)控策略
圖說：靶向標(biāo)記策略高效標(biāo)記獼猴紋狀體腦區(qū)
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