神经系统疾病细胞模型及应用
2024年Global Burden of Disease数据显示，全球约34亿人受神经疾病影响。
以健康寿命损失年为评价指标，由精神疾病造成的疾病负担已超过心血管疾病成为全球疾病负担的首要原因。神经性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、脑血管疾病等，影响着全球数亿人的健康和生活质量。通过深入研究这些疾病的病因和发病机制，科学家能够开发出更有效的治疗方法和预防策略，从而减少疾病对社会的影响。
小源将介绍几种神经性疾病研究中常用的细胞模型，希望能为广大科研工作者提供一些实验思路，略尽绵薄之力~
人神经母细胞瘤细胞（SH-SY5Y)
货号：YC-D014
来源：SH-SY5Y细胞是一种人神经母细胞瘤细胞系，来源于一名4岁女孩的神经母细胞瘤组织。
特点：该细胞保留了神经母细胞瘤的许多生物学特性，如中等水平的多巴胺-β-羟基酶活性以及神经递质相关的受体和标志物，并且具有易于培养和分化潜力大的优势。这使得它们在研究神经系统发育、神经退行性疾病以及神经药理学等领域成为理想模型。
应用案例：
SH-SY5Y细胞被广泛用于研究神经退行性疾病的模型，如帕金森病和阿尔茨海默病。它们可以模拟这些疾病的某些病理生理过程，用于筛选潜在的治疗药物。
为了表征携带A→C替换的UQCRC1对人多巴胺能神经元的影响，Lin CH等人利用CRISPR-Cas9技术建立突变型UQCRC1敲入SH-SY5Y细胞系并进行序列确认。他们的实验结果表明UQCRC1 p.Tyr314Ser的突变干扰了SH-SY5Y细胞线粒体呼吸链复合物III的活性，UQCRC1 基因中的罕见遗传变异可能导致常染色体显性遗传性帕金森病。该项研究提示线粒体功能障碍与帕金森病发病机制之间存在联系。
![UQCRC1的变体改变了SH-SY5Y细胞的线粒体呼吸链功能<sup>[1]</sup>](/uploads/allimg/250124/36-2501241630412K.jpg)
图1. UQCRC1的变体改变了SH-SY5Y细胞的线粒体呼吸链功能[1]
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小鼠海马神经元细胞系（HT-22)
货号：YC-A004
来源：HT-22细胞系是从HT-4细胞系亚克隆而来，亲本HT-4细胞系来源于用温度敏感的SV40T抗原永生化小鼠神经元组织。
特点：HT-22细胞系对谷氨酸高度敏感，常用于构建体外神经元损伤模型，研究神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈症、帕金森病以及其他疾病，包括嵴髓损伤和多发性硬化症等。
应用案例：
越来越多证据表明，铁死亡参与神经系统疾病的发生和发展。铁死亡的特征，如谷胱甘肽过氧化物酶4型（GPX4）活性降低、铁和脂质过氧化物积累减少，是神经退行性疾病的重要病理事件。Shihui Guo等人选择HT-22细胞，经Erastin诱导后建立了铁死亡模型，接着通过转染siRNA和过表达质粒的方式建立相关基因敲低和过表达模型，发现ATP2B3抑制降低了HT-22细胞对铁死亡（Erastin诱导）的敏感性。ATP2B3 是一种从细胞中输出细胞内钙的蛋白质泵，其突变可导致更高的基础 Ca2+水平通过降低 Ca2+的输出能力。进一步的研究发现ATP2B3 敲低可激活HT-22细胞中HO-1的表达从而发挥神经保护作用。
![si-ATP2B3通过降低P62蛋白表达减轻Erastin诱导的HT-22铁死亡<sup>[2]</sup>](/uploads/allimg/250124/36-25012416305R38.jpg)
图2. si-ATP2B3通过降低P62蛋白表达减轻Erastin诱导的HT-22铁死亡[2]
小鼠小胶质细胞（BV2)
货号：YC-C035
来源：BV2细胞，来源于1990年，是应用携带癌基因V-raf/V-myc的反转录病毒J2感染原代培养的小鼠小胶质细胞而获得的永生细胞系。
特点：该细胞系通过感染带有V-raf/V-myc癌基因的J2逆转录病毒实现细胞永生化，从而保持了原代小胶质细胞的形态和功能特征。
应用案例：
阿尔茨海默病（AD）是一种毁灭性的进行性神经退行性疾病，会导致老年患者严重的认知障碍。慢性神经炎症在AD发病中起重要作用。神经胶质细胞成熟因子（Glia maturity factor， GMF）是一种促炎分子，主要在小鼠和人AD大脑中淀粉样斑块（APs）周围的反应性胶质细胞中表达。GMF的过度表达通常通过激活p38 MAPK信号通路和氧化毒性导致神经细胞死亡。Raikwar等人通过CRISPR/Cas9方法成功降低BV2细胞中的GMF表达，从而抑制p38 MAPK以调节GMF诱导的小胶质细胞促炎症反应。BV2-GMF_KO细胞模型在研究小胶质细胞与神经元相互作用方面非常有用，这在 AD 病理生理学中起着至关重要的作用，有望应用于治疗 AD 的个性化精准医学。
![AAV-SaCa9-GMF-sgRNA的形成<sup>[3]</sup>](/uploads/allimg/250126/36-250126134921b3.jpg)
图3. AAV-SaCa9-GMF-sgRNA的形成[3]
小结
神经性疾病影响着全球数亿人的健康和生活质量。构建相关疾病研究的细胞模型由于不涉及伦理问题，实验周期相对短，成本低，在神经性疾病研究中得到了广泛的应用。而CRISPR/Cas9基因编辑技术的出现可以促进更有效地开发该类细胞模型，帮助广大科研工作者深入研究这些疾病的病因和发病机制，开发出更有效的治疗方法和预防策略，从而减少疾病对社会的影响。
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图4. SH-SY5Y基因编辑实验图
参考文献：
[1] Lin CH, et al. Mitochondrial UQCRC1 mutations cause autosomal dominant parkinsonism with polyneuropathy. Brain. 2020 Dec 5;143(11):3352-3373. doi: 10.1093/brain/awaa279.
[2] Guo S, et al. ATP2B3 Inhibition Alleviates Erastin-Induced Ferroptosis in HT-22 Cells through the P62-KEAP1-NRF2-HO-1 Pathway. Int J Mol Sci. 2023 May 24;24(11):9199. doi: 10.3390/ijms24119199.
[3] Raikwar SP, et al. Targeted Gene Editing of Glia Maturation Factor in Microglia: a Novel Alzheimer's Disease Therapeutic Target. Mol Neurobiol. 2019 Jan;56(1):378-393. doi: 10.1007/s12035-018-1068-y.
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