两个月连发Neuron+Adv Sci，陆医大学牛建钦等聚焦少突胶质细胞在多种疾病的作用

迄今为止，因髓鞘再生障碍而导致永久性脑白质损伤仍然是神经科学领域中未能解决的难题之一。比如在多发性硬化症、新生儿脑白质损伤等髓鞘再生障碍的疾病中，本该进入分化周期、进行髓鞘再生的少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte precursor cell，OPC）受到抑制，不能进入分化过程。

长期以来，人们对髓鞘再生障碍性疾病中OPC分化机制的研究，主要借助对发育中OPC调控模式的观察，并认为再生是发育的“重演”。然而，在促进疾病中OPC分化成熟、髓鞘再生中的失败经验，使得人们越来越清晰地意识到：发育和再生可能具有不同的调控机制。

2021年8月13日，陆军军医大学牛建钦教授与美国加州大学旧金山分校Stephen Fancy教授联合在Neuron上在线发表了题为“Oligodendroglial Ring Finger Protein Rnf43 is an essential injury specific regulator of oligodendrocyte maturation”的研究论文，对髓鞘再生中调控OPC分化的特异分子机制进行了探索。

牛建钦教授为本文第一作者，牛建钦教授和Stephen Fancy教授（lead contact）为共同通讯作者。

该论文利用多发性硬化症患者和新生儿脑白质损伤的脑组织样本，结合多种利用条件敲基因小鼠建立的髓鞘损伤模型和在体持续性给药系统等技术模型，鉴定出环指蛋白RNF43是一种仅在髓鞘再生中发挥作用的少突胶质细胞谱系特异性分子。RNF43的表达受OPC中Wnt信号通路激活的调控，可标记患者脑内损伤部位激活的OPC。通过对RNF43作用机制的探索，发现RNF43可促进OPC细胞膜上Wnt信号受体Frizzled1（FZD1）的下膜，反馈性抑制Wnt通路的激活，调控OPC的分化成熟。同时，进一步针对FZD1的药物干预能够有效促进髓鞘再生。该论文揭示出：与正常发育不同，疾病状态下髓鞘再生存在特定的分子机制来调控OPC分化成熟，这为相关疾病的认识和治疗研究提供了新的理论基础及实验靶点。

E3泛素连接酶环指蛋白RNF43（Ring finger protein 43）最早发现于小肠的干细胞中，与其功能互补的锌环指蛋白ZNRF3一道，既受Wnt信号通路的表达调控，又使Wnt信号Frizzled受体下膜，经泛素化降解后，以负反馈的方式抑制Wnt通路的过度激活。在人髓鞘损伤相关疾病和动物模型中，OPC的Wnt信号通路异常激活，论文作者在这些样本中，发现RNF43仅表达于髓鞘损伤内的OPC，且表达量随损伤和Wnt通路的激活而升高。与RNF43功能相似互补的ZNRF3却没有上述表达特点。

通过对比RNF43或ZNRF3在不同髓鞘损伤模型中的作用，作者证实RNF43仅对损伤再生过程中的OPC分化成熟有效应，而在发育过程中作用有限；而ZNRF3对发育和再生都无作用。提示RNF43可能是髓鞘再生中，调控OPC分化的特异分子。

目前，虽然对Wnt通路在髓鞘发育和再生中的作用早有见地，但对少突胶质细胞谱系的Wnt信号受体却鲜见报道。在该论文中，作者利用细胞膜分离技术，发现OPC细胞膜上表达有FZD1、FZD2、FZD6和FZD9受体，但只有FZD1会受RNF43的调控，并进一步通过Co-IP与细胞学实验证实，RNF43与FZD1的结合，引起FZD1下膜，定位于细胞质内。

鉴于RNF43对FZD1的调控作用，作者进一步探究了药物抑制FZD1是否可以促进髓鞘的再生。通过直接给药、微量注射泵（Osmotic mini-pump）植入给药等方法，作者在OPC培养模型、脑片培养模型、溶血卵磷脂诱导的髓鞘损伤模型中，给予FZD1选择抑制性多肽UM206处理，证实UM206可以有效降低OPC的Wnt信号通路激活水平，促进OPC分化成熟和髓鞘再生。

图：工作模型

综上所述，该研究证实了髓鞘发育和再生中OPC分化的不同调控方式；发现RNF43是调控髓鞘再生中OPC分化的特异分子；同时也揭示了RNF43的作用机制和可能的药物作用靶点，为髓鞘损伤相关疾病的深入认识和治疗研究提供了新的理论基础及实验靶点。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.07.018

随着全球城市化进程不断加速，大量劳动力的城镇迁移导致农村留守儿童问题日益凸显。儿童成长过程中遭受缺乏关爱等早期应激，容易患上抑郁症、焦虑症等精神疾病，并有更高的自杀倾向【1】。相关精神障碍疾病的机制大多从神经元的角度进行解析，但近年来，胶质细胞在疾病发生中的作用逐渐得到重视。由连接蛋白介导形成的星形胶质细胞网络（Astrocytic network），通过钙波传递，协调区域内星形胶质细胞功能，并通过能量代谢供应、神经递质和离子稳态调节等功能，参与突触传递和可塑性调节，在神经环路的建立和动物的学习记忆等行为中发挥重要的作用【2， 3】。星胶网络的异常在抑郁症患者与早期生活压力模型动物中都被发现【4, 5】，但机制尚不清楚。

陆军军医大学（原第三军医大学）牛建钦、肖岚教授团队，聚焦少突胶质细胞发育与精神疾病研究十余年。从少突与星形胶质细胞互相作用出发，2021年6月22日，与中山大学附属第七医院易陈菊研究员团队联合，在Advanced Science在线发表了题为Reduced oligodendrocyte precursor cell impairs astrocytic development in early life stress的研究论文。该论文利用多种条件敲基因小鼠，结合行为学、免疫荧光染色、荧光漂白恢复等技术发现，早期隔离小鼠脑内，少突胶质细胞祖细胞（OPC）的减少能够抑制星形胶质细胞及星胶网络的发育，影响神经元的激活。进一步通过体外实验、测序分析和在体功能缺失等研究发现，OPC可释放Wnt 7b，以旁分泌的形式调控星形胶质细胞发育和网络形成，而外源Wnt 7b的补充可有效缓解隔离小鼠脑内星形胶质细胞的发育及网络形成障碍。该论文从胶质细胞的角度阐明了早期应激所致精神行为异常的机制，为相关疾病的防治提供了新的理论基础。

作者通过改进的小鼠亲代隔离模型模拟早期应激，排除了传统模型中隔离组与对照组中营养供应差异的干扰。发现隔离小鼠表现出抑郁、焦虑及冲动样行为学改变；并且从七天龄（P7）开始，隔离小鼠的皮层与海马内，星形胶质细胞表现出突起分支减少，连接蛋白Cx43表达下调等发育异常。通过gap-FRAP、钙成像等技术证实，隔离模型小鼠的星胶网络出现了功能缺陷。

为探究影响星胶网络发育的因素，作者进一步追溯模型建立早期大脑中其他病理改变，发现OPC的数量早在P4开始，就由于增殖减缓而减少，提示OPC对星胶网络发育的潜在调控。利用PdgfraCreER:DTA小鼠在发育早期去除OPC，作者发现了OPC对星胶网络发育的重要促进作用。在体外实验中发现，OPC通过分泌的方式而非直接接触的方式，影响星形胶质细胞发育。

那么，OPC是如何调控星形胶质细胞发育呢？作者对隔离模型中星形胶质细胞进行RNA测序，发现与对照组相比，隔离组星形胶质细胞中Wnt/β-catenin信号通路下调。OPC是脑中Wnt配体的重要来源。作者通过体外实验发现，星形胶质细胞的发育对OPC来源的Wnt7a与Wnt7b配体最为敏感。为验证OPC来源的Wnt7a/b对星胶网络发育的重要作用，作者构建了Wnt7a-flox与Wnt7b-flox小鼠，与Pdgfra CreER小鼠杂交以在OPC中敲除Wnt7a/b。结果发现，OPC来源的Wnt7b为星胶网络正常发育所必须。更有趣的是，在OPC中条件性敲除Wnt7b可进一步导致小鼠的抑郁表型。

鉴于Wnt7a/b对星胶网络发育的重要作用，作者进一步探究补充Wnt7a/b是否可挽救隔离小鼠中星胶网络发育异常。通过微注射泵植入的方法，作者在隔离模型早期对小鼠海马持续注射Wnt7a与Wnt7b因子，并发现与对照 (仅注射生理盐水) 相比，Wnt7a/b注射组后星形胶质细胞突起增加，缝隙连接蛋白表达增多，提示Wnt7a/b的补充可挽救隔离小鼠模型的星胶网络发育异常。

工作模型

综上所述，该研究发现了OPC除分化形成髓鞘外，可通过旁分泌活化星形胶质细胞Wnt通路，促进细胞成熟和胶质网络发育的新功能；同时也揭示了胶质细胞在早期应激所致精神障碍性疾病中的作用机制，为相关精神疾病的防治提供了新的理论依据和实验基础。

陆军军医大学组织胚胎学专业2018级博士研究生王玉鑫和中山大学附属第七医院博士后苏一洵为本文第一作者。中山大学附属第七医院易陈菊研究员、陆军军医大学肖岚教授、牛建钦教授（lead contact）为本文通讯作者。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101181

参考文献

1. Teicher, M.H., et al., The effects of childhood maltreatment on brain structure, function and connectivity. Nat Rev Neurosci, 2016. 17(10): p. 652-66.

2. Santello, M., N. Toni, and A. Volterra, Astrocyte function from information processing to cognition and cognitive impairment. Nat Neurosci, 2019. 22(2): p. 154-166.

3. Rouach, N., et al., Astroglial metabolic networks sustain hippocampal synaptic transmission. Science, 2008. 322(5907): p. 1551-5.

4. Rajkowska, G. and C.A. Stockmeier, Astrocyte pathology in major depressive disorder: insights from human postmortem brain tissue. Curr Drug Targets, 2013. 14(11): p. 1225-36.

5. Banqueri, M., et al., Early life stress by repeated maternal separation induces long-term neuroinflammatory response in glial cells of male rats. Stress, 2019. 22(5): p. 563-570.

资料参考：小柯生命、BioArt等