光遺傳學特異性激活皮層谷氨酸能神經元促進慢性缺血后白質修復作用的研究.pdf

1、由于顱內小血管病變或大血管狹窄導致長期大腦慢性缺血，進而引起腦白質進行性損傷和認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)長期慢性缺血會導致腦白質區(qū)少突膠質細胞死亡和髓鞘脫失，并且自身髓鞘再生也十分有限。谷氨酸能神經元是腦內重要的興奮性神經元，谷氨酸可作用于少突膠質前體細胞，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元調控腦白質區(qū)的少突膠質前體細胞的通路作用，并通過精準調控方法，研究其對慢性缺血后腦白質區(qū)的少突膠質前體細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重的腦白質胼胝體區(qū)域的神經投射，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元的神經投射。在慢性腦缺血早期，利用光遺傳學手段特異性激活表達光敏感通道ChR2的感覺（或運動）皮層的谷氨酸能神經元可以明顯促進

3、胼胝體少突膠質前體細胞的增殖，減少缺血后少突膠質前體細胞的丟失。但同時也發(fā)現(xiàn)，光遺傳學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。進一步研究發(fā)現(xiàn)，慢性缺血后光遺傳學特異性激活皮層谷氨酸能神經元產生的促進少突膠質前體細胞增殖的作用具有強度選擇性和較寬的時間窗效應，過強或過弱的光強均不能促進前體細胞的增殖，并且在慢性缺血早期及中期激活感覺皮層谷氨酸能神經元均有類似促進胼胝體區(qū)域少突膠質前體細

4、胞增殖的作用。而慢性缺血后光遺傳學激活抑制性神經元，則不影響少突膠質前體細胞增殖。
　　進一步，本文利用腺相關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）的谷氨酸能神經元投射，且在慢性缺血早期只有光遺傳學特異性激活淺層的谷氨酸能神經元或由其投射于胼胝體區(qū)的軸突纖維末梢能促進少突膠質前體細胞的增殖。而皮層深層（Ⅴ和Ⅵ亞層）谷氨酸能神經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元

5、對少突膠質前體細胞的增殖無影響。此外，在胼胝體區(qū)觀察到特異性激活谷氨酸能神經元能促進谷氨酸能神經元-少突膠質突觸聯(lián)系的形成。
　　本文還構建了少突膠質前體細胞表達光敏感通道ChR2的轉基因小鼠，在慢性腦缺血早期光遺傳學直接激活胼胝體區(qū)的少突膠質前體細胞，發(fā)現(xiàn)也能促進其增殖并促進慢性缺血后期的髓鞘再生。進一步研究發(fā)現(xiàn)，光遺傳學特異性激活感覺皮層谷氨酸能神經元引起的增殖的少突膠質前體細胞可以分化為成熟少突膠質細胞，并有利于腦白質修復，

6、表現(xiàn)為髓鞘堿性蛋白MBP表達的增加、有髓軸突數(shù)目比例的增加和在新事物識別、水迷宮等模型中學習記憶能力明顯提高。
　　綜上所述，本文利用光遺傳學手段特異性激活皮層淺層的谷氨酸能神經元可以通過激活皮層淺層-胼胝體的谷氨酸能神經元-少突膠質細胞投射，明顯促進慢性缺血后胼胝體區(qū)域少突膠質前體細胞增殖，并有利于髓鞘再生修復腦白質和認知功能障礙的改善，這種調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