Потеря нейронов является главной патологической характеристикой повреждений головного мозга. Регенерация новых нейронов для замещения потеряных нейронов после повреждения, является критической для восстановления головного мозга. К сожалению, головной мозг у взрослых млекопитающих в основном теряет свою нейрогенную способность за исключением немногих нейрогенных ниш, таких как гиппоталамус и субвентрикулярная зона (SVZ).^1-3 После ишемического повреждения генерируется ряд новых нейронов посредством внутреннего нейрогенеза, обычно менее 1% от количества потерянных нейронов в головном мозге взрослых млекопитающих.^4-8 Были разработаны тeрапевтические подхлоды для усиления этого эндогенного нейрогенеза с использованием разных нейротрофных факторов.^9-11 В качестве альтернативы использовали трансплантации внешних клеток нейральных предшественников (NPCs) в качестве потенциальной терапии инсультов.12-14 На животных моделях трансплантированные NPCs могли выживать, пролиферировать и регенерировать новые нейроны в области инсульта.^15-17 Даже у пациентов, некоторые клинические испытания продемонстрировали обнадеживающие результаты.¹⁸ С др. стороны нейральные стволовые клетки (NSCs) в SVZ, как было установлено, в основном продуцировали реактивные астроциты, а не нейроны, после миграции в поврежденные области коры are found to mainly produce reactive astrocytes, not neurons, after migrating to injured cortical area.^{19, 20} Трансплантации внешних NSCs для лечения последствий инсульта также столкнулись с серьезными проблемами, такими как иммуноотторжение, туморогенез и долговременная жизнеспособность.^{18, 21-24} Следовательно, срочно необходимо разработать новые подходы для регенерации достаточных количеств новых нейронов, чтобы обеспечить долговременное функциональное восстановление после повреждения головного мозга.

Мы недавно продемонстрировали прямое превращение реактивных астроцитов в функциональные нейроны с помощью одного транскрипционого фактора NeuroD1 в головном мозге мышей.²⁵ Др. группы также сообщили о превращении глиальных клеток в нейроны как in vitro, так и in vivo^26-34 (rev. Li and Chen35). Хотя in vivo превращение глии в нейроны может регенерировать новые нейроны внутри головного мозга мыши и в спинном мозге, но оставалось неясным, может ли эта технология генерировадть достаточные количества новых нейронов, пригодных для терапевтического использования. Здесь, используя adeno-associated virus (AAV) Cre-FLEX систему для эктопической экспрессии NeuroD1 в реактивных астроцитах в моделях ишемического повреждения, мы смогли регенерировать 30%-40% of lost neuronsот потерянных нейронов в двигательной коре взрослых мышей. Поведенческие тесты показали, что воздействие NeuroD1 существенно восстанавливает как моторные нейроны, так и устраняет дефицит памяти от опасности после ишемического повреждения у грызунов.

Итак, использование NeuroD1 генотерапии с помощью AAV позволило регенерировать треть от общего количества потерянных нейронов при ишемии и одновременно защищать др. треть поврежденных нейронов, что приводило к существенному восстановлению нейронов. Секвенирование РНК и иммуноокрашивание подтвердили восстановление нейронов после превращения клеток как на уровне мРНК,так и на уровне белка. На срезах головного мозга установлено, что астроциты, превращающиеся в нейроны, обнаруживают мощный потенциал действия и синаптические реакции спустя 2 мес. после экспрессии NeuroD1. Антероградное и ретроградное отслеживание выяви ло длинные аксональные проекции от астроцитов, превратившихся в нейроны к их регионам мишеням в зависимости от времени способом. Поведенческий анализ показал значительное улечшение как моторной, так и познавательной функции после превращения клеток. Эти результты демонстрируют, что in vivo технология превращения клеток посредством базирующейся на NeuroD1 генотерапии сможет регенерировать большие количества новых функциональных нейронов для восстановления функций нейронов после повреждения.