光遺傳學(xué)特異性激活皮層谷氨酸能神經(jīng)元促進(jìn)慢性缺血后白質(zhì)修復(fù)作用的研究.pdf

1、由于顱內(nèi)小血管病變或大血管狹窄導(dǎo)致長期大腦慢性缺血，進(jìn)而引起腦白質(zhì)進(jìn)行性損傷和認(rèn)知功能障礙是造成血管性癡呆的常見原因。目前，臨床治療以預(yù)防引起血管病變的危險因素為主，除此之外并無有效的治療藥物，因此急需尋找新的具有針對性的藥物靶點和治療手段或策略。實驗室的前期研究發(fā)現(xiàn)長期慢性缺血會導(dǎo)致腦白質(zhì)區(qū)少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡和髓鞘脫失，并且自身髓鞘再生也十分有限。谷氨酸能神經(jīng)元是腦內(nèi)重要的興奮性神經(jīng)元，谷氨酸可作用于少突膠質(zhì)前體細(xì)胞，并在發(fā)育過程中影響

2、髓鞘形成。本文將解析皮層谷氨酸能神經(jīng)元調(diào)控腦白質(zhì)區(qū)的少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的通路作用，并通過精準(zhǔn)調(diào)控方法，研究其對慢性缺血后腦白質(zhì)區(qū)的少突膠質(zhì)前體細(xì)胞增殖及髓鞘再生的作用及機制。
　　首先，本文利用逆軸突示蹤染料追蹤缺血損傷較為嚴(yán)重的腦白質(zhì)胼胝體區(qū)域的神經(jīng)投射，發(fā)現(xiàn)其存在大量來自運動皮層和感覺皮層的谷氨酸能神經(jīng)元的神經(jīng)投射。在慢性腦缺血早期，利用光遺傳學(xué)手段特異性激活表達(dá)光敏感通道ChR2的感覺（或運動）皮層的谷氨酸能神經(jīng)元可以明顯促進(jìn)

3、胼胝體少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的增殖，減少缺血后少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的丟失。但同時也發(fā)現(xiàn)，光遺傳學(xué)激活運動皮層會誘發(fā)驚厥，而激活感覺皮層未引起驚厥行為，并且也未引起感覺功能障礙，更具有安全性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，慢性缺血后光遺傳學(xué)特異性激活皮層谷氨酸能神經(jīng)元產(chǎn)生的促進(jìn)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞增殖的作用具有強度選擇性和較寬的時間窗效應(yīng)，過強或過弱的光強均不能促進(jìn)前體細(xì)胞的增殖，并且在慢性缺血早期及中期激活感覺皮層谷氨酸能神經(jīng)元均有類似促進(jìn)胼胝體區(qū)域少突膠質(zhì)前體細(xì)

4、胞增殖的作用。而慢性缺血后光遺傳學(xué)激活抑制性神經(jīng)元，則不影響少突膠質(zhì)前體細(xì)胞增殖。
　　進(jìn)一步，本文利用腺相關(guān)病毒順向示蹤的手段研究其作用特點，發(fā)現(xiàn)胼胝體區(qū)域接受較多的來自上游皮層淺層（Ⅱ-Ⅲ亞層）的谷氨酸能神經(jīng)元投射，且在慢性缺血早期只有光遺傳學(xué)特異性激活淺層的谷氨酸能神經(jīng)元或由其投射于胼胝體區(qū)的軸突纖維末梢能促進(jìn)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的增殖。而皮層深層（Ⅴ和Ⅵ亞層）谷氨酸能神經(jīng)元則未見向胼胝體投射的軸突纖維，光激活深層谷氨酸能神經(jīng)元

5、對少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的增殖無影響。此外，在胼胝體區(qū)觀察到特異性激活谷氨酸能神經(jīng)元能促進(jìn)谷氨酸能神經(jīng)元-少突膠質(zhì)突觸聯(lián)系的形成。
　　本文還構(gòu)建了少突膠質(zhì)前體細(xì)胞表達(dá)光敏感通道ChR2的轉(zhuǎn)基因小鼠，在慢性腦缺血早期光遺傳學(xué)直接激活胼胝體區(qū)的少突膠質(zhì)前體細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)也能促進(jìn)其增殖并促進(jìn)慢性缺血后期的髓鞘再生。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，光遺傳學(xué)特異性激活感覺皮層谷氨酸能神經(jīng)元引起的增殖的少突膠質(zhì)前體細(xì)胞可以分化為成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞，并有利于腦白質(zhì)修復(fù)，

6、表現(xiàn)為髓鞘堿性蛋白MBP表達(dá)的增加、有髓軸突數(shù)目比例的增加和在新事物識別、水迷宮等模型中學(xué)習(xí)記憶能力明顯提高。
　　綜上所述，本文利用光遺傳學(xué)手段特異性激活皮層淺層的谷氨酸能神經(jīng)元可以通過激活皮層淺層-胼胝體的谷氨酸能神經(jīng)元-少突膠質(zhì)細(xì)胞投射，明顯促進(jìn)慢性缺血后胼胝體區(qū)域少突膠質(zhì)前體細(xì)胞增殖，并有利于髓鞘再生修復(fù)腦白質(zhì)和認(rèn)知功能障礙的改善，這種調(diào)控作用具有較寬的作用時間窗，以及光強選擇性、腦區(qū)選擇性。本研究提示皮層淺層的谷氨酸能神