来源：AdvancedScienceNews
创新点：中科院动物所李伟和周琪课题组利用单个小分子化合物抑制人成纤维细胞的机械收缩，结合促神经命运发生的培养环境，实现了成纤维细胞向神经元的高效转分化。进一步分析发现，抑制机械收缩破坏了成纤维细胞的表达谱。研究揭示了细胞机械收缩在细胞命运维持和调控中的重要作用，建立了细胞命运转化的新范式。
关键词：Advanced Science，小分子化合物，机械收缩，细胞骨架，神经元
图1. 破坏细胞机械收缩促进成纤维细胞向神经元转分化的过程。
神经退行性疾病的主要特征是神经元在衰老或损伤中逐渐死亡，据世界卫生组织预测其将会取代癌症，成为人类第二大致死疾病，然而目前临床上缺乏有效的药物。近年来，再生医学的发展为神经退行性疾病治疗提供了新的思路和希望。细胞命运转分化作为一种功能细胞获得方式，为再生医学提供了新的细胞来源。目前，神经元转分化研究发展迅速，主要是通过直接靶向细胞核功能实现的，如过表达神经元特异转录因子、microRNAs、和/或表观遗传修饰等等。细胞骨架作为细胞的结构组成成分，在细胞支撑、收缩、分裂、迁移、物质运输等方面发挥重要作用，然而通过调控细胞骨架收缩是否可以实现体细胞的转分化未见报道。
中科院动物所李伟课题组与周琪课题组合作，利用单个小分子化合物抑制人成纤维细胞的机械收缩，结合促神经命运发生的培养环境，实现了成纤维细胞向神经元的高效转分化。研究发现在无血清条件下，利用非肌球蛋白抑制剂Blebbistatin（Ble）处理成纤维细胞24小时，可破坏成纤维细胞骨架并诱导细胞软化，处理7天可诱导神经元样的细胞的出现，呈现出明显神经元形态并表达神经元marker。这些神经元细胞可进一步成熟：表达突触marker，展现更低的静息膜电位和较弱的Na+，K+电流和自发钙信号，但仍然是处于不成熟的状态。进一步地，我们优化了成熟体系，在诱导7天后添加促进神经发生的小分子化合物ISX-9，结果发现，ISX-9促进了神经元命运特化与成熟，改善了电生理特性。此外，研究还发现FGF2会促进Ble诱导的神经命运出现。单细胞转录组测序分析显示，诱导30天的神经元与原代神经元相似，且诱导神经元均质性好。接下来研究证实了转分化依赖于YAP/TAZ出核。转录组分析构建了转分化过程路径，即机械收缩破坏骨架及成纤维细胞表达谱，诱发一个中间状态，该状态可进一步特化成熟为神经元。该研究揭示了细胞机械收缩在细胞命运维持和调控中的重要作用。相关结果发表在Advanced Science上。中科院动物所何正泉博士、李玉欢博士、冯桂海副研究员、袁雪薇博士、卢宗宝博士生为论文共同第一作者，李伟研究员、周琪研究员为论文共同通讯作者。
论文信息：
Pharmacological Perturbation of Mechanical Contractility Enables Robust Transdifferentiation of Human Fibroblasts into Neurons
Zheng-Quan He, Yu-Huan Li, Gui-Hai Feng, Xue-Wei Yuan, Zong-Bao Lu, Min Dai, Yan-Ping Hu, Ying Zhang, Qi Zhou*, Wei Li*
Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202104682