陸正齊/湯常永/崔亞雄等研究團隊發(fā)現(xiàn)：多效生長因子（Pleiotrophin）改善衰老相關(guān)的成體海馬神經(jīng)發(fā)生減退和認知功能障礙
隨著社會老齡化進程的加快，衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病(阿爾茨海默病，帕金森病等)的發(fā)病率在老年人中激增，但是目前的治療手段極其有限。成年腦中駐留的神經(jīng)干細胞產(chǎn)生新的神經(jīng)元這一過程即神經(jīng)發(fā)生（Adult hippocampal neurogenesis, AHN)，能夠恢復大腦的部分功能。AHN與大腦可塑性、學習記憶以及大腦的損傷后修復密切相關(guān)。衰老過程中，神經(jīng)干細胞增殖和產(chǎn)生新神經(jīng)元的能力急劇下降，這一變化參與了神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和進展。因此，尋找新的靶點來維持神經(jīng)干細胞庫的穩(wěn)定，進而改善衰老相關(guān)神經(jīng)退行性疾病至關(guān)重要。
近日，我院腦病中心陸正齊/湯常永團隊在國際知名期刊Cell Reports發(fā)表了題為“Pleiotrophin ameliorates age-induced adult hippocampal neurogenesis decline and cognitive dysfunction”的研究論文。該研究通過多種手段證實了多效生長因子（PTN）缺乏損害了成體海馬神經(jīng)發(fā)生和認知功能；在機制上闡明了PTN通過PTPRZ1受體激活AKT信號來調(diào)控成體神經(jīng)發(fā)生的分子機制；調(diào)節(jié)PTN-PTPRZ1-AKT軸可逆轉(zhuǎn)衰老導致的成體發(fā)生減少和認知功能障礙。這些結(jié)果表明，PTN可能是一個新的改善衰老相關(guān)認知障礙的治療靶點。
△原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.113022
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在年輕小鼠體內(nèi)，敲降PTN導致成體神經(jīng)發(fā)生缺陷:該研究首先利用腦立體定位注射技術(shù)，通過向雙側(cè)海馬齒狀回注射shRNA慢病毒來敲降PTN的表達(圖1A-C)。經(jīng)免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)，增殖EdU+ 細胞(圖1D)、GFP+EdU+GFAP+Sox2+放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細胞(RGLs)(圖1E)、DCX-MCM2+ 神經(jīng)祖細胞(圖1F)、DCX+MCM2+神經(jīng)母細胞(圖1G)、GFAP+Sox2+ 總的RGL細胞(圖1I)、GFAP+Sox2-總的前體細胞(圖1I)、分化的BrdU+ 細胞(圖1J)、BrdU+DCX+ 未成熟神經(jīng)元(圖1J)和BrdU+NeuN+成熟神經(jīng)元(圖1K)的細胞數(shù)量均比對照組減少。結(jié)果表明，PTN減少抑制NSPCs增殖和分化。
圖1：年輕小鼠 PTN 的減少導致成體海馬神經(jīng)發(fā)生異常
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年輕小鼠海馬中，PTN的減少損害海馬依賴的學習和記憶行為：在新物體位置識別( NOL)實驗和新物體識別(NOR)測試中發(fā)現(xiàn)，PTN缺乏組小鼠對新位置和新物體的探索時間比例均低于對照組(圖2D-G)。在條件恐懼實驗(FCT)中，敲降PTN后小鼠對環(huán)境刺激反應的凝滯減少(圖2H-J)。敲降PTN的小鼠在水迷宮(MWM)和反向水迷宮 ( RMWM)(圖2L-Q)的目標平臺的訓練學習過程中，尋找到平臺的時間更緩慢，穿越平臺的次數(shù)減少。上述結(jié)果表明，PTN的減少損害認知功能。
圖2：年輕小鼠海馬中PTN的減少導致認知功能受損
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NSPCs中特異性敲除PTN抑制了成體海馬神經(jīng)發(fā)生：應用Nestin-CreERT2；Ptnflox/flox（Ptn cKO）小鼠，發(fā)現(xiàn)Ptn cKO組NPSCs的增殖分化明顯低于對照組 (圖3A-H)。結(jié)果表明， NSPCs中特異性敲除PTN損害了海馬神經(jīng)發(fā)生。
圖3：神經(jīng)干細胞中特異性敲除PTN導致成體神經(jīng)發(fā)生下降
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PTN-PTPRZ1通過激活AKT信號通路促進NSPCs的增殖和分化：在體外培養(yǎng)的NSPCs中，加入PTN或PBS處理后進行RNA測序(RNA-seq)分析，發(fā)現(xiàn)PTN能夠激活 AKT信號通路； 而敲降PTPRZ1受體后，PTN對AKT信號通路的激活作用被抑制。與此同時，通過體內(nèi)外實驗證實了PTN-PTPRZ1通過激活AKT信號通路促進NSPCs的增殖分化。
進一步發(fā)現(xiàn)，PTN的表達在衰老小鼠和SAMP8小鼠衰老的成體海馬NPSCs中顯著減少。應用迷你滲透泵向海馬齒狀回補充重組PTN蛋白，或者應用腦立體定位注射技術(shù)向衰老小鼠雙側(cè)海馬注射過表達PTN慢病毒，這兩種方式均可以促進衰老小鼠海馬NSPCs的增殖和分化，并改善認知功能。
圖4：PTN發(fā)揮功能模式圖
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研究證明PTN和PTPRZ1是神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)可塑性中的關(guān)鍵分子；此外，PTN通過激活AKT信號通路促進成體海馬神經(jīng)發(fā)生，在衰老和神經(jīng)退行性疾病中對發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用，并可改善認知功能的缺陷（圖5）。因此，這項研究中的發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)干細胞治療和認知障礙的治療提供了新的思路和目標，具有重要的科學意義和應用價值，為未來衰老和神經(jīng)退行性疾病的治療提供一定的理論依據(jù)。
李浩洋博士、徐莉博士、姜維博士后和丘秀生助理工程師為該研究論文第一作者，陸正齊教授、崔亞雄助理研究員、湯常永副研究員為共同通訊作者。該研究受到了中國科學院遺傳研究所郭偉翔研究員和吳青峰研究員的指導，并得到了中山大學附屬第三醫(yī)院實驗醫(yī)學部韓曉燕主任以及梁淑珍、蔡程程、陳雪芳、胡宇等管理員的支持和幫助。
未來，腦病中心神經(jīng)免疫團隊將繼續(xù)深耕于腦血管疾病、神經(jīng)免疫相關(guān)疾病的臨床和基礎(chǔ)研究，并持續(xù)與國內(nèi)外知名科研團隊保持交流與合作，促進腦血管病、神經(jīng)免疫亞?？频娜姘l(fā)展，實現(xiàn)“國內(nèi)領(lǐng)先，國際一流”的?？颇繕?。
