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恭贺赛业生物病毒载体荣登Nature Communications

日期: 2017年11月22日


    

本研究使用的腺病毒来自赛业生物。


德州大学健康科学中心细胞和整合生理学系Emmanuelle Berret等人在《Nature Communications》发表文章展示了OL的放电特性以及它们在听觉脑干的轴突-胶质沟通中所扮演的角色。本研究使用的腺病毒来自赛业生物。


髓鞘化是指髓鞘发展的过程,好像电线外包裹的绝缘层,它使神经兴奋加速沿神经纤维传导,并保证传导的定向性,是新生儿神经系统发育必不可少的过程。


大脑在发育过程中,神经元会长出许多突触,进行信息传递。在神经元突触进行连接的过程中,负责传送电流的轴突会对其进行髓鞘化,旁边的胶质细胞在轴突传递信息时开始生产蜡样的髓质以提高信息传递质量。因此,神经元之间信息传递的速度和效率取决于髓,髓鞘发育不良影响儿童智力。


胶质化细胞可以为神经元提供养料并使其髓鞘化。尽管科学家们已知髓鞘的正确形成需要少突胶质细胞(Oligodendrocyte,OL)的成熟化和轴突-胶质沟通,但是不同脑区OL的生理特性我们还不是很清楚。


有研究显示少突胶质细胞兴奋性对轴突的髓鞘化可能具有促进作用,但是,有关少突胶质细胞电压-激活Na离子通道(Nav)和电兴奋性在由成熟转至髓鞘化阶段所扮演的角色还存在争议。


在出生后发育至成年早期,前髓鞘OL(Pre-OL)的一个子群能产生Nav1.2-驱动动作电位。易兴奋的pre-OL接收来自邻近神经元的谷氨酸输入从而触动Pre-OL棘。使用包含了靶向SCN2A基因的shRNA序列的腺病毒(购自赛业生物)敲除Pre-OL的Nav1.2通道,改变了细胞形态并减少了轴突-OL相互作用,影响髓鞘形成。研究结果表明,Nav1.2驱动的Pre-OL棘是轴突-胶质沟通的有机组成部分,而且它也是OL功能和成熟以促进髓鞘形成的必要条件。


少突胶质细胞负责生产轴突周围的层状髓鞘,这层结构是维持中枢神经系统(CNS)的神经冲动和轴突快速传递所必需的。


OL谱系细胞从前驱阶段增殖和分化成熟抵达髓鞘形成阶段。有人提议OL细胞兴奋性是促进轴突髓鞘化的一个潜在重要机制。但是,有关OL细胞兴奋性程度仍存在争议。OL谱系细胞与神经元之间具有一些共同特征,包括表达功能性电压激活的Na离子通道(Nav)、具有棘生成能力以及存在突触输入等。然而,有关OL细胞触发动作电位(APs)的能力显示出一个明显的尖峰阈值和重复放电也存在争议。


研究人员选取大鼠听觉脑干脑斜方体内侧核(medial nucleus of the trapezoid body,MNTB)作为研究对象,这里不同类型的细胞(神经元、星形胶质细胞和OL细胞)具有明显形状、大小和内在特性,并且富含突触和高度髓鞘化,其中OL细胞的特点是小而圆,且电容小于20 Pf。


研究人员通过脑切片电生理检测(全细胞膜片钳记录)和免疫组化染色首先确认MNTB的OL细胞子群可以引发动作电位(图1)。

 

“OL细胞子群引发动作电位”


Pre-OL细胞表达2′,3′环核苷酸磷酸水解酶(CNPase)、髓磷脂蛋白脂类蛋白和它的同工型DM20-PLP、OL细胞标志物O1,但不表达NG2。使用编码pAV.ExSi-CNPase启动子偶联eGFP的腺病毒感染MNTB的CNPase-GFP+细胞,证明这种易于兴奋的OL细胞处于前髓鞘OL阶段(图2)。

 

“OL细胞处于前髓鞘OL阶段”


在易于兴奋的Pre-OL细胞中,研究人员发现Nav1.2介导的钠离子电流驱动了Pre-OL细胞的动作电位。接下来,为了解Nav1.2通道在电生理条件下如何使Pre-OL细胞形成棘。研究人员,首先鉴定Pre-OL细胞上存在功能性AMPA受体(AMPARs)和谷氨酸盐介导的电流。电压钳记录显示,易兴奋的Pre-OL细胞附近的谷氨酸盐触动了一个内向电流,即使在AMPAR封闭剂存在下也十分显著。但是,额外的钙离子-可渗透AMPAR拮抗剂(CNQX)的存在则完全阻止了这种内向电流。因此证明,易兴奋Pre-OL细胞上应该存在钙离子-可渗透的和钙离子-不可渗透的AMPAR。为了进一步确认谷氨酸盐对pre-OL细胞去极化和棘形成的作用,研究人员使用CNQX作用细胞,结果显示Pre-OL去极化和棘形成都被抑制了。通过排查pre-OL的“邻居们”,研究人员最终证明,神经活动时期的轴突所生产的谷氨酸盐突触刺激是促Pre-OL成熟的原因。


Pre-OL对OL的成熟和髓鞘化是否有影响呢?


对大鼠Nav1.2,研究人员使用两种表达小发卡RNA(shRNA)的腺病毒(shRNA1和shRNA2)结合Nav1.2的不同位点,以避免任何非特异性影响。与注射空载和乱序shRNA的对照组相比,敲除Nav1.2没有影响CNPase+细胞数量,但是却引起了Pre-OL细胞明显的形态学和结构变化,例如周围轴突排列改变等。推断Nav1.2改变了Pre-OL细胞向髓鞘化发展关键时期的形态发育。


过去十几年里,人们根据不同发育阶段和不同脑区阐述了一些OL细胞的不同生理特性和功能。考虑到OL谱系细胞的异质性,这项研究拓展了人们对听觉脑干未成熟OL细胞的生理学和具体功能的了解,为治疗髓鞘发育不良等神经障碍找到了新出路。


原文标题:Oligodendroglial excitability mediated by glutamatergic inputs and Nav1.2 activation


来源:生物通——由赛业生物科技公司转载发布

 

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