摘要：雖然網(wǎng)友們常常把“我PTSD了”掛在嘴邊，表達某些事情對自己影響很深刻很持久，但PTSD的本義，即創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙，卻是一個重大的公共衛(wèi)生問題。然而，遺傳和環(huán)境因素如何使得某些人更容易患上PTSD尚不清楚。為此，科學家利用誘導(dǎo)多能干細胞對PTSD進行建模和觀察。
自2006年日本科學家山中伸彌首次將小鼠體細胞重編程為一種近似胚胎干細胞的多能干細胞以來，由于其相較于胚胎干細胞擁有相當?shù)姆只偕芰Γ覠o需面臨倫理和法律等諸多障礙，誘導(dǎo)多能干細胞（Induced pluripotent stem cell，iPSC）獲得了再生醫(yī)學和組織工程領(lǐng)域廣泛的關(guān)注，被認為具備巨大的臨床潛力。
同時，由于能夠提供人體組織復(fù)雜的遺傳特征、病理發(fā)展過程中的觀察以及一定程度上不受限制的疾病樣本數(shù)量，iPS技術(shù)在疾病模型構(gòu)建方面也極具前景。
2008年，哈佛干細胞研究所的科學家首次對病變iPS細胞進行研究，從一名診斷有家族性肌萎縮側(cè)索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）的82歲女性身上誘導(dǎo)出iPS細胞并使之分化為運動神經(jīng)元，然后觀察這些細胞在ALS中遭到破壞的情況。
2010年，紐約西奈山伊坎醫(yī)學院首次對成人心臟病進行iPS建模，研究團隊發(fā)現(xiàn)來自LEOPARD綜合征-iPS細胞的衍生心肌細胞更加肥大，并提出了疾病表型相關(guān)信號通路的見解。
對神經(jīng)退行性疾病進行建模也屬于iPS領(lǐng)域的熱門研究，比如對阿爾茨海默病建模發(fā)現(xiàn)，不同患者的iPS細胞衍生神經(jīng)元表現(xiàn)出的病理生理學有所不同，尤其是在β淀粉樣蛋白寡聚體的積累方面，或許能解釋為何同一治療方案對于不用患者療效不同。
在對于帕金森病的建模中，由于iPSC衍生細胞并不成熟，對于模擬老年病過于年輕，研究人員為了克服這一難題，使用早老蛋白progerin進行處理，成功使細胞表現(xiàn)出帕金森病的一些特征。
PTSD是一個相對比較年輕的概念，于1970年代開始使用，到美國精神醫(yī)學學會1980年出版的第3版《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》中才被正式承認為一個可被診斷的疾病。這種精神障礙的界定主要是出自對越戰(zhàn)美軍退伍軍人的診斷。戰(zhàn)斗軍事人員、自然災(zāi)害幸存者、暴力犯罪幸存者均是PTSD的高危人群。
然而，并非所有經(jīng)歷了重大創(chuàng)傷性事件的人都會患上PTSD，患者的嚴重程度也不盡相同。為了探明高風險人群身上特有的遺傳與環(huán)境因素，西奈山伊坎醫(yī)學院、James J. Peters退伍軍人事務(wù)醫(yī)療中心、耶魯大學醫(yī)學院和紐約干細胞基金會研究所一組科學家使用誘導(dǎo)多能干細胞模型對PTSD進行了研究，研究結(jié)果“Modeling gene × environment interactions in PTSD using human neurons reveals diagnosis-specific glucocorticoid-induced gene expression”于10月20日發(fā)表在Nature Neuroscience上。
圖1 科學家使用誘導(dǎo)多能干細胞模型對PTSD進行了研究（圖源：[1]）
人在應(yīng)激情況下會生成糖皮質(zhì)激素。過去的研究發(fā)現(xiàn)了PTSD患者具有更高的糖皮質(zhì)激素敏感性以及其對谷氨酸能神經(jīng)活動的干擾，并確定了與PTSD顯著相關(guān)的基因座，但對基因與環(huán)境（gene × environment）相互作用仍未深入探索，且以往的PTSD病理生理學研究主要圍繞PTSD患者的血液樣本或患者死后的腦組織樣本展開，尚無人對比PTSD患者和同樣經(jīng)歷創(chuàng)傷但未患上PTSD的人之間神經(jīng)元的差異。為了模擬引發(fā) PTSD 的應(yīng)激反應(yīng)，本項研究使用糖皮質(zhì)激素對共計49名PTSD或非PTSD退伍軍人的iPSC衍生谷氨酸能神經(jīng)元和血液樣本進行處理，并分析基因表達的變化情況。
研究發(fā)現(xiàn)：
■ 使用人工合成的糖皮質(zhì)激素地塞米松（dexamethasone，DEX）處理血液樣本，與過往研究一致，隨著DEX濃度的增加，出現(xiàn)了與PTSD及其它潛在干擾因素無關(guān)的差異表達基因數(shù)增加。
圖2 周邊血液單核細胞對地塞米松的轉(zhuǎn)錄相應(yīng)（圖源：[1]）
■ 使用人體自身合成的糖皮質(zhì)激素氫化可的松（hydrocortisone，HCort）處理衍生神經(jīng)元，隨著HCort濃度的增加，同樣出現(xiàn)了與PTSD及其它潛在干擾因素無關(guān)的差異表達基因數(shù)增加。
圖3 人誘導(dǎo)多能干細胞衍生神經(jīng)元因氫化可的松引起的基因表達改變（圖源：[1]）
■ 比較PTSD組和非PTSD組衍生神經(jīng)元在無HCort添加下的基因表達譜，未發(fā)現(xiàn)顯著的基因表達差異。低濃度HCort處理則比高濃度HCort處理鑒定出了更多的差異表達基因。
■ 對于以上具有顯著診斷意義的基因可根據(jù)對HCort劑量的依賴性分為三類：（1）表達差異隨HCort劑量而顯著，且在PTSD組和非PTSD組中變化相反；（2）HCort劑量增加僅導(dǎo)致非PTSD組顯著變化；（3）HCort劑量增加僅導(dǎo)致PTSD組顯著變化。
■ 發(fā)現(xiàn)了38個顯著富集的轉(zhuǎn)錄因子，它們以上述第（3）類基因為靶點。這些轉(zhuǎn)錄因子可能介導(dǎo)了PTSD中糖皮質(zhì)激素的高敏感性。
這些發(fā)現(xiàn)同已故PTSD患者腦組織的基因特征相符合，表明“干細胞模型非常準確地反映了在世患者大腦中發(fā)生的情況。”本研究的共同領(lǐng)導(dǎo)者之一，紐約干細胞基金會研究所發(fā)現(xiàn)與平臺開發(fā)高級副總裁Daniel Paul博士說，“這為加速PTSD的診斷和治療方案的開發(fā)提供了機會。”
在培養(yǎng)皿中的干細胞模型同樣為藥物篩選提供了理想的途徑。研究人員正努力從已獲批的藥物中尋找能夠逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素的高敏感性的那些，“這樣，我們能以最快的方式幫助患者。”研究的另一位領(lǐng)導(dǎo)者兼通訊作者Kristen Brennand說。未來，研究人員計劃繼續(xù)利用iPSC模型進一步探究本次發(fā)現(xiàn)的遺傳風險因素，以及PTSD對其他類型的腦細胞會起到什么樣的影響。
參考資料：
[1] Seah, C., Breen, M.S., Rusielewicz, T. et al. Modeling gene x environment interactions in PTSD using human neurons reveals diagnosis-specific glucocorticoid-induced gene expression. Nat Neurosci (2022). https://doi.org/10.1038/s41593-022-01161-y
摘要：雖然網(wǎng)友們常常把“我PTSD了”掛在嘴邊，表達某些事情對自己影響很深刻很持久，但PTSD的本義，即創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙，卻是一個重大的公共衛(wèi)生問題。然而，遺傳和環(huán)境因素如何使得某些人更容易患上PTSD尚不清楚。為此，科學家利用誘導(dǎo)多能干細胞對PTSD進行建模和觀察。
自2006年日本科學家山中伸彌首次將小鼠體細胞重編程為一種近似胚胎干細胞的多能干細胞以來，由于其相較于胚胎干細胞擁有相當?shù)姆只偕芰Γ覠o需面臨倫理和法律等諸多障礙，誘導(dǎo)多能干細胞（Induced pluripotent stem cell，iPSC）獲得了再生醫(yī)學和組織工程領(lǐng)域廣泛的關(guān)注，被認為具備巨大的臨床潛力。
同時，由于能夠提供人體組織復(fù)雜的遺傳特征、病理發(fā)展過程中的觀察以及一定程度上不受限制的疾病樣本數(shù)量，iPS技術(shù)在疾病模型構(gòu)建方面也極具前景。
2008年，哈佛干細胞研究所的科學家首次對病變iPS細胞進行研究，從一名診斷有家族性肌萎縮側(cè)索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）的82歲女性身上誘導(dǎo)出iPS細胞并使之分化為運動神經(jīng)元，然后觀察這些細胞在ALS中遭到破壞的情況。
2010年，紐約西奈山伊坎醫(yī)學院首次對成人心臟病進行iPS建模，研究團隊發(fā)現(xiàn)來自LEOPARD綜合征-iPS細胞的衍生心肌細胞更加肥大，并提出了疾病表型相關(guān)信號通路的見解。
對神經(jīng)退行性疾病進行建模也屬于iPS領(lǐng)域的熱門研究，比如對阿爾茨海默病建模發(fā)現(xiàn)，不同患者的iPS細胞衍生神經(jīng)元表現(xiàn)出的病理生理學有所不同，尤其是在β淀粉樣蛋白寡聚體的積累方面，或許能解釋為何同一治療方案對于不用患者療效不同。
在對于帕金森病的建模中，由于iPSC衍生細胞并不成熟，對于模擬老年病過于年輕，研究人員為了克服這一難題，使用早老蛋白progerin進行處理，成功使細胞表現(xiàn)出帕金森病的一些特征。
PTSD是一個相對比較年輕的概念，于1970年代開始使用，到美國精神醫(yī)學學會1980年出版的第3版《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》中才被正式承認為一個可被診斷的疾病。這種精神障礙的界定主要是出自對越戰(zhàn)美軍退伍軍人的診斷。戰(zhàn)斗軍事人員、自然災(zāi)害幸存者、暴力犯罪幸存者均是PTSD的高危人群。
然而，并非所有經(jīng)歷了重大創(chuàng)傷性事件的人都會患上PTSD，患者的嚴重程度也不盡相同。為了探明高風險人群身上特有的遺傳與環(huán)境因素，西奈山伊坎醫(yī)學院、James J. Peters退伍軍人事務(wù)醫(yī)療中心、耶魯大學醫(yī)學院和紐約干細胞基金會研究所一組科學家使用誘導(dǎo)多能干細胞模型對PTSD進行了研究，研究結(jié)果“Modeling gene × environment interactions in PTSD using human neurons reveals diagnosis-specific glucocorticoid-induced gene expression”于10月20日發(fā)表在Nature Neuroscience上。
圖1 科學家使用誘導(dǎo)多能干細胞模型對PTSD進行了研究（圖源：[1]）
人在應(yīng)激情況下會生成糖皮質(zhì)激素。過去的研究發(fā)現(xiàn)了PTSD患者具有更高的糖皮質(zhì)激素敏感性以及其對谷氨酸能神經(jīng)活動的干擾，并確定了與PTSD顯著相關(guān)的基因座，但對基因與環(huán)境（gene × environment）相互作用仍未深入探索，且以往的PTSD病理生理學研究主要圍繞PTSD患者的血液樣本或患者死后的腦組織樣本展開，尚無人對比PTSD患者和同樣經(jīng)歷創(chuàng)傷但未患上PTSD的人之間神經(jīng)元的差異。為了模擬引發(fā) PTSD 的應(yīng)激反應(yīng)，本項研究使用糖皮質(zhì)激素對共計49名PTSD或非PTSD退伍軍人的iPSC衍生谷氨酸能神經(jīng)元和血液樣本進行處理，并分析基因表達的變化情況。
研究發(fā)現(xiàn)：
■ 使用人工合成的糖皮質(zhì)激素地塞米松（dexamethasone，DEX）處理血液樣本，與過往研究一致，隨著DEX濃度的增加，出現(xiàn)了與PTSD及其它潛在干擾因素無關(guān)的差異表達基因數(shù)增加。
圖2 周邊血液單核細胞對地塞米松的轉(zhuǎn)錄相應(yīng)（圖源：[1]）
■ 使用人體自身合成的糖皮質(zhì)激素氫化可的松（hydrocortisone，HCort）處理衍生神經(jīng)元，隨著HCort濃度的增加，同樣出現(xiàn)了與PTSD及其它潛在干擾因素無關(guān)的差異表達基因數(shù)增加。
圖3 人誘導(dǎo)多能干細胞衍生神經(jīng)元因氫化可的松引起的基因表達改變（圖源：[1]）
■ 比較PTSD組和非PTSD組衍生神經(jīng)元在無HCort添加下的基因表達譜，未發(fā)現(xiàn)顯著的基因表達差異。低濃度HCort處理則比高濃度HCort處理鑒定出了更多的差異表達基因。
■ 對于以上具有顯著診斷意義的基因可根據(jù)對HCort劑量的依賴性分為三類：（1）表達差異隨HCort劑量而顯著，且在PTSD組和非PTSD組中變化相反；（2）HCort劑量增加僅導(dǎo)致非PTSD組顯著變化；（3）HCort劑量增加僅導(dǎo)致PTSD組顯著變化。
■ 發(fā)現(xiàn)了38個顯著富集的轉(zhuǎn)錄因子，它們以上述第（3）類基因為靶點。這些轉(zhuǎn)錄因子可能介導(dǎo)了PTSD中糖皮質(zhì)激素的高敏感性。
這些發(fā)現(xiàn)同已故PTSD患者腦組織的基因特征相符合，表明“干細胞模型非常準確地反映了在世患者大腦中發(fā)生的情況。”本研究的共同領(lǐng)導(dǎo)者之一，紐約干細胞基金會研究所發(fā)現(xiàn)與平臺開發(fā)高級副總裁Daniel Paul博士說，“這為加速PTSD的診斷和治療方案的開發(fā)提供了機會。”
在培養(yǎng)皿中的干細胞模型同樣為藥物篩選提供了理想的途徑。研究人員正努力從已獲批的藥物中尋找能夠逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素的高敏感性的那些，“這樣，我們能以最快的方式幫助患者。”研究的另一位領(lǐng)導(dǎo)者兼通訊作者Kristen Brennand說。未來，研究人員計劃繼續(xù)利用iPSC模型進一步探究本次發(fā)現(xiàn)的遺傳風險因素，以及PTSD對其他類型的腦細胞會起到什么樣的影響。
參考資料：
[1] Seah, C., Breen, M.S., Rusielewicz, T. et al. Modeling gene x environment interactions in PTSD using human neurons reveals diagnosis-specific glucocorticoid-induced gene expression. Nat Neurosci (2022). https://doi.org/10.1038/s41593-022-01161-y
