膠質細胞調控神經軸突再生機制研究有了新成果

　　2023年4月6日23點，Developmental Cell 期刊在線發表題為《膠質細胞傳遞和腺苷信號通路促進神經損傷再生》的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）李毅研究組與美國麻省大學醫學院的相楊團隊合作完成。該研究以果蠅幼蟲和小鼠作為研究的模型動物，發現了膠質細胞在神經軸突損傷后再生中發揮積極作用，揭示了膠質細胞通過釋放腺苷遞質(Adenosine，Ado)激活神經元的高頻放電及下游Ca2+-Ras通路，進而促進軸突再生的分子機制。該研究為進一步理解膠質-神經細胞相互作用提供了新思路，為神經再生領域的應用研究提供了新靶點和新策略。

　　在成年哺乳動物中樞神經系統中，絕大多數受傷的神經軸突不會再生，這成為中樞神經損傷后功能恢復的主要障礙。一個多世紀以來，科學家一直致力于揭示神經再生失敗的細胞分子機制，以期為相關再生醫學提供潛在藥用靶點和修復策略。以往研究表明，神經元內在特性和神經元-膠質細胞相互作用都調節軸突再生，損傷環境中，與膠質瘢痕和髓鞘碎片相關的分子會抑制軸突再生。然而消除或中和這些膠質細胞相關的抑制分子并不能顯著增強軸突再生能力，表明神經元內源特性決定再生能力。此外，神經膠質傳遞能否在中樞神經軸突損傷后發揮促進再生的積極作用仍然未知。

圖一：利用局部的高強度雙光子顯微鏡激光，特異切割果蠅幼蟲體壁一種或多種亞型的神經軸突，但仍保留包裹這些感覺神經軸突的膠質細胞（紫色），從而研究后續的軸突再生及膠質-神經細胞相互作用機制。果蠅幼蟲不同亞型的感覺神經在損傷后軸突再生能力不同：傷害性感覺神經元（C4da神經元，藍色）具有再生能力，而在同一支神經軸突束的溫和機械感覺神經元（C3da神經元，綠色）則沒有再生能力。

　　果蠅豐富的遺傳學工具及其幼蟲體壁四種外周感覺神經元為研究神經軸突再生提供了強大的系統（圖一）。前期研究發現，包裹這些感覺神經軸突的膠質細胞是軸突再生必須的，但是膠質細胞促進神經軸突再生的機制仍不清楚。該研究發現，膠質-神經細胞遞質傳遞決定了不同的軸突再生反應（圖二上）。通過鈣成像技術，發現神經元軸突損傷后，周圍的膠質細胞會積極響應，產生Ca2+尖峰導致ATP/腺苷釋放。由于C4da神經元特異表達腺苷受體(AdoR)，可以引發下游由高頻簇狀放電-Ca2+尖峰-Ras組成的促再生通路。阻斷其中任一組分會抑制C4da神經元的軸突再生。另一方面，由于C3da神經元缺乏腺苷受體表達，自身無法感受到來自膠質細胞的腺苷信號而啟動促再生程序。在C3da神經元中表達腺苷受體可以激活高頻電發放-Ca2+尖峰-Ras信號通路而顯著地促進軸突再生。此外，在C3da神經元中利用光控遺傳學引入高頻簇狀放電誘導Ca2+尖峰或者遺傳學方法激活Ras信號通路都可以促進軸突再生。同時，該研究發現是特異高頻電發放，而不是整體的興奮性提高誘導了軸突再生。因此，在果蠅幼蟲感覺神經系統闡明了由神經膠質傳遞激活的特異軸突再生程序，激活該程序可以促使本無再生能力的神經軸突再生。

圖二：果蠅幼蟲體壁感覺神經元軸突再生模式圖（上），小鼠視神經節細胞軸突再生模式圖（下）

　　同時，該研究發現膠質傳遞和腺苷信號的刺激同樣可以促進哺乳動物中樞神經系統損傷后的軸突再生（圖二下）。在小鼠視神經夾傷模型中，對照組視神經節細胞幾乎不會有任何軸突再生。而通過玻璃體腔注射腺相關病毒AAV將腺苷受體(Adora2b)過表達于神經節細胞中，同時結合注射腺苷法或者化學遺傳法（DREADD）以引發膠質細胞鈣尖峰和膠質細胞傳遞素釋放，均可顯著促進神經節細胞軸突損傷后再生與存活。通過抑制神經元活性或抑制Ras信號通路的實驗，證實了在小鼠神經節細胞中，腺苷受體(Adora2b)的激活同樣是通過神經元激活和Ras下游通路的刺激進而實現損傷后軸突再生。

　　綜上，通過平行研究果蠅幼蟲感覺神經元和小鼠視網膜神經節細胞，該研究發現神經膠質傳遞可以以一種保守的機制在多個系統中積極促進軸突損傷再生，這些發現擴展了現有的神經膠質細胞在軸突再生中的作用。該研究所闡明的促再生機制，如腺苷通路、Ras信號的刺激，神經元特定模式的激活等，為今后神經損傷后再生修復提供了潛在的藥物靶點與治療策略。

　　中國科學院腦智卓越中心李毅研究員與美國麻省大學醫學院的相楊教授為本工作的共同通訊作者。該論文由美國麻省大學醫學院博士研究生王飛、Kendra Ruppell和江蘇南通大學神經再生重點實驗室周松林共同完成，李毅研究組的曲蕓、吳靜琳、刁雯霖等同學做出了重要貢獻。該工作得到基金委、中科院、上海市科委及美國NIH的資助。該研究相關的知識產權已于論文正式發表前申請ZL保護。