突破性进展！中国科学家开发全脑神经再生疗法治疗阿尔茨海默病
突破性进展！中国科学家开发全脑神经再生疗法治疗阿尔茨海默病
近日，暨南大学陈功教授团队在《Advanced Science》发表突破性研究成果，开发出全球首创的全脑原位神经再生基因疗法。该疗法通过将NeuroD1基因导入阿尔茨海默病（AD）模型小鼠大脑，成功实现内源性星形胶质细胞向功能性神经元的高效转分化，显著改善了小鼠的认知功能。
阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种进行性不可逆的神经退行性疾病，全球有数千万患者深受其苦。其核心病理表现为β淀粉样蛋白（Aβ）斑块沉积和tau蛋白神经纤维缠结（NFTs），这些异常蛋白聚集会触发级联性神经炎症反应与氧化应激损伤，更会直接导致神经元死亡及突触连接丧失，最终引发不可逆的认知功能损伤。当前临床治疗策略主要聚焦于疾病早期阶段的Aβ清除，虽可延缓病程早期进展，但对中重度患者普遍存在的神经元大规模缺失现象，传统疗法始终存在显著局限性——由于无法补充缺失神经元，患者的学习记忆功能衰退难以有效恢复。
2025年2月14日，暨南大学陈功团队在Advanced Science (IF=15.1)上发表了题为 “Brain-Wide Neuroregenerative Gene Therapy Improves Cognition in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease”的开创性研究论文。本研究开发了一种全脑神经再生基因疗法，并揭示了其在改善AD小鼠认知功能方面的重要作用及其机制。作者利用可高效穿越血脑屏障的腺相关病毒载体（AAV），将NeuroD1基因导入AD小鼠模型大脑，在全脑范围内实现内源性星形胶质细胞向功能性神经元的高效原位转分化。定量分析证实，大脑皮层及海马区新生神经元数量达50万级，通过突触重建形成了功能性神经环路。行为学实验显示，治疗组小鼠空间记忆与学习能力得以显著改善。该研究为AD等神经退行性疾病的治疗提供了新策略。
海马局部神经再生
海马作为学习记忆的核心枢纽，其神经元进行性丢失（约30%-50%）是AD患者认知衰退的重要驱动因素。基于研究团队前期在5xFAD小鼠皮质区成功实现反应性星形胶质细胞-神经元转分化（AtN）的突破性发现（Cell Stem Cell, 2014），本研究进一步锁定海马这一AD核心病变脑区，将AAV9-GFAP-NeuroD1病毒载体注入5xFAD小鼠海马脑区，评估 NeuroD1介导的AtN（Astrocyte-to-Neuron）转分化在该脑区中的转化率。数据显示：注射1周后，海马区GFAP阳性星形胶质细胞开始高表达NeuroD1；3周后GFAP+/NeuN+双阳性细胞占比升高，提示转分化中间状态；6周后，NeuN阳性的新生神经元细胞显著增多。这表明在5xFAD小鼠海马脑区中，NeuroD1有效介导了星形胶质细胞向神经元的转化，实现局部神经再生。
图 1：5xFAD小鼠海马脑区NeuroD1介导的局部AtN转换
AtN转化的分子机制解析
为系统探究NeuroD1介导AtN转化的分子机制，研究团队在病毒注射3周后开展单细胞转录组测序（scRNA-Seq）。分析发现，NeuroD1可显著上调神经元相关基因（如Abat、Syn2等）的过表达，同时抑制星形胶质细胞基因（如Slca3、Aqp4等），表明在转分化过程中NeuroD1在星形胶质细胞中带来显著的基因转录组变化。
进一步分析发现，发现星形胶质细胞在转分化过程中存在多个亚群，其中Cluster 5可能是AtN转化的主要来源。此外，AtN转化还伴随着能量代谢的转变，从星形胶质细胞主要依赖的糖酵解转向神经元偏好的氧化磷酸化代谢。研究还发现，转分化后的神经元具有与局部内源性神经元相似的分子特征和空间分布。这一系列结果共同揭示了NeuroD1驱动AtN转化的分子机制。
图 2：单细胞测序解析原位神经再生的分子机制
全脑基因治疗实现AtN转化
基于AD患者多脑区神经元退变的病理特征，研究团队系统性评估了星形胶质细胞原位转分化（AtN）的全脑实现可能性。通过血脑屏障穿透型AAV-PHP.eB载体以及5xFAD与胶质细胞特异性Cre双转鼠模型，实验观察到对照组绿色荧光GFP在全脑广泛表达，其中90%以上定位于S100β阳性的星形胶质细胞。在眼眶后注射（R.O.）AAV-PhP.eB-NeuroD1-GFP的双转鼠模型进行的免疫组化分析显示，表达NeuroD1 60天后，皮层和海马中GFP阳性细胞呈现典型神经元形态并表达成熟神经元标记物NeuN。值得注意的是，不同脑区AtN效率呈现显著不均衡性——皮层、海马及部分中脑区域表现出约80%的高效转化率，而嗅球、纹状体、丘脑等区域转化效率相对较低。这种空间异质性提示，虽然通过NeuroD1全脑基因治疗可实现AtN转化，但具体不同脑区微环境差异可能影响转分化进程。
图 3：AD x Cre双转鼠模型的全脑AtN转换
新神经元的数量、功能与特性
研究团队进而探究了全脑AtN在AD小鼠大脑中再生神经元的总体数量。通过全脑成像技术，发现NeuroD1介导的全脑基因治疗在AD小鼠大脑皮层和海马体分别再生约36.6万个和14.9万个新神经元，总计超50万个。
图 4：AtN转化的fMOST全脑成像
进一步电生理记录显示，新生神经元具备成熟的重复动作电位和自发性突触信号传导能力，证明其可以整合到已有神经网络中。同时，CTB逆向示踪技术显示新生神经元能向合适的脑区投射轴突：如皮层深层新生神经元投射至脑桥基底核（Basal pontine nucleus，BPN），而海马区新生神经元则跨越半球投射至对侧海马区。
图 5：转分化新生神经元的轴突投射
神经再生疗法显著改善认知功能
基于上述神经再生机制研究，研究团队进一步通过行为学实验，系统评估全脑AtN神经再生疗法对AD模型小鼠认知功能的修复作用。结果显示，在Y迷宫测试、嗅觉记忆实验、情景恐惧记忆实验中，治疗组学习记忆能力均得到明显改善。特别在Morris水迷宫实验中，治疗组动物的空间学习和记忆能力显著提升，接近健康动物水平。这一系列实验表明，全脑AtN神经再生基因疗法有效改善5xFAD小鼠的认知记忆功能。
图 6：神经再生疗法有助于改善5xFAD小鼠的记忆
转化神经元对认知改善的关键作用
最后，为了验证新生成神经元在认知恢复中的关键作用，研究团队使用了一种化学遗传学的方法，特异性地抑制了这些新神经元的活性。结果发现，当新生神经元被CNO特异性抑制活性后，原本经NeuroD1治疗改善的AD小鼠记忆水平下降，与未治疗组相似。这充分证明了新生神经元对AD小鼠认知功能的恢复起着关键作用。
图 7：新生神经元对认知功能修复起到关键作用
综上所述，针对阿尔茨海默症（AD）这一难治性神经退行性疾病，现有疗法受困于神经元不可逆丢失和神经回路重建难题。本研究突破性利用具有高效血脑屏障穿透能力的AAV-PhP.eB病毒载体，通过系统性递送，实现NeuroD1介导的全脑星形胶质细胞-神经元转分化（AtN）。在5xFAD模型小鼠中，皮层和海马脑区新生神经元数量超过50万，并成功整合融入至神经网络。功能层面，新生神经元不仅具备成熟电生理特性，而且可以正确投射到目标脑区，进而促进学习记忆功能改善；而抑制其活性会阻碍认知功能的改善。总的来说，本研究首次证明全脑AtN神经再生基因疗法有潜力逆转AD病理进程，为AD治疗提供了颠覆性的治疗思路和策略。
2025年3月5日，由神曦生物支持的 “一项评估NXL-001注射液脑内注射治疗阿尔茨海默病的探索性临床研究” 项目启动会在中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）成功召开，目前正在患者招募中。该研究标志着全球首个基于大脑原位神经再生技术的阿尔茨海默病基因疗法正式进入临床研究阶段。