本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
隨著年齡增長，我們都會失去腦細胞。在患有阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓病等神經退行性疾病的人群中，神經元會以驚人的速度萎縮和死亡——例如，在阿爾茨海默病中，速度可能是通常情況下的三到四倍。目前，尚無已知藥物能夠可靠地阻止或逆轉人類如此驚人的細胞死亡，儘管一些藥物被認為可以保護神經元免受退化。
除了拯救垂死的神經元之外——或者作為未來的一種補充療法——另一種方法是創造全新的神經元。實現這一目標的一種方法是將非神經元腦細胞轉化為功能性神經元。在細胞層面，大腦就像一個熱帶雨林，其中居住著許多不同種類的樹木。人腦大約包含1700億個細胞，其中860億個是神經元，840億個是神經膠質細胞——非放電細胞，以各種方式輔助神經元。星形膠質細胞是研究最為深入的多種神經膠質細胞之一，研究人員在將星形膠質細胞轉化為神經元方面取得了一些成功。然而，這些研究中的許多都使用了來自非常年輕的齧齒動物大腦的細胞。
本週發表的一項研究表明，至少可以將一類成人人腦細胞，即周細胞，轉化為功能性神經元。周細胞有助於防禦和治癒大腦——並且可能保留了幹細胞的一些可塑性——這一事實使它們更具吸引力，可以作為受損和垂死神經元的候選替代品。
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慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的貝內迪克特·伯寧格和他的同事開始他們的研究專案，目的是研究星形膠質細胞，就像他們之前多次做過的那樣。他們從正在接受癲癇等疾病手術的人那裡獲得了30個腦組織樣本。有時，為了切除或治療受損或功能失調的腦區，神經外科醫生無法避免切開健康的腦組織。外科醫生通常會將這種健康組織的切片提供給研究大腦的研究人員。
在實驗室中，伯寧格和他的團隊從組織樣本中培養了腦細胞培養物，並在微小的神經花園中尋找星形膠質細胞。事實證明，伯寧格和他的同事培養的培養物中幾乎沒有星形膠質細胞。相反，他們的培養皿花園中充滿了周細胞——非神經元腦細胞，它們包裹著大腦脆弱的血管，調節流向神經元的血流並幫助維持血腦屏障，血腦屏障保護神經元免受細菌和其他病原體的侵害。周細胞也已知會增殖以響應損傷。例如，研究人員最近表明，周細胞對於受傷脊髓中疤痕組織的形成至關重要。一些證據甚至表明，某些型別的周細胞擁有與間充質幹細胞相同的靈活性——它們可以轉化為骨細胞、脂肪細胞或軟骨細胞。伯寧格和他的同事推斷，周細胞的可塑性——加上它們在癒合中的作用——可能使它們在未來治療神經退行性疾病方面特別有用。因此，他們決定嘗試透過重程式設計周細胞的基因組，將周細胞轉化為神經元。
伯寧格和他的團隊使用病毒，用兩種轉錄因子感染了培養物中的周細胞——轉錄因子是透過與DNA片段結合並使某些基因更容易或更難被其他細胞機制訪問來改變基因表達的蛋白質。其中一種轉錄因子 Mash1，已知指導神經系統的發育。我們所有人的生命都始於一個空心的胚胎幹細胞球，最終發育成人體中許多不同種類的細胞。您體內所有體細胞都具有相同的DNA，但不同型別的細胞表達非常不同的基因組——就像不同的鋼琴曲是在完全相同的琴鍵上演奏的音符的獨特組合一樣。MASH 1 就像胚胎幹細胞內部的一個微小作曲家，確保它們開啟正確的基因組合以變成神經元。伯寧格和他的同事引入周細胞的第二種轉錄因子是 Sox2，它在幹細胞中高度活躍，並且被認為可以通過鬆開 DNA 和蛋白質支架之間的化學鍵來使 DNA 更容易被操作，蛋白質支架將 DNA 緊密地纏繞在一個稱為染色質的束中。
科學家們成功地將各種培養物中 10% 到 30% 的周細胞轉化為神經元；總體成功率為 19%。在選出進行進一步測試的 17 個成功轉化的神經元中，有 12 個產生了電脈衝。伯寧格和他的同事用成年小鼠的腦細胞複製了這些結果。這些結果發表在《細胞幹細胞》雜誌上。
透過基因重程式設計腦細胞來治療神經退行性疾病是研究人員剛剛開始探索的一種潛在治療途徑——他們將不得不克服沿途的許多障礙。科學家必須確保他們用來將基因或轉錄因子運送到腦細胞中的病毒是無害的。* 他們可能還必須進行有風險的侵入性手術，才能將病毒精確地送入大腦的正確區域。然而，近年來，基因療法已經安全地恢復了盲人的視力。像伯寧格的研究這樣的研究不僅表明，大腦的基因療法具有類似的潛力，而且還證實，某些成人細胞的命運並非一成不變——相反，它們是用高度可編輯的 DNA 寫成的。
*編者注：本句已編輯以提高準確性和清晰度