大脑海马区的神经干细胞在成年大脑中会长期维持新神经元的产生(神经发生,neurogenesis)。成人海马神经发生（AdultHippocampalNeurogenesis,AHN）在功能上与人类和啮齿动物的记忆和认知可塑性有关。在阿尔茨海默氏病（AD）中海马区产生新神经元的过程受到阻碍，但其机制尚不清楚。这项研究发现miR-（AD中最一致下调的microRNA之一）是AHN的有效调节剂，其在成体神经干细胞及其后代中发挥细胞自主性的促神经发生作用。通过使用不同的AD小鼠模型，培养的人类原代和建立的神经干细胞以及人类AD患者的组织，研究证明AHN直接受AD病理影响。增加成年AD小鼠海马中miR-的表达可恢复AHN能力和相关的记忆缺陷。所以这一研究不但在AD小鼠模型中证实了AHN的重要性，也同时揭示了靶向miR-在神经退行性病变中的潜在治疗作用。microRNAs作为表观调控因子一般会同时调控多个靶基因的表达，所以在很多生物过程中会作为上游调控因子组织协调含有多个步骤的复杂的生理功能。研究背景介绍许多证据表明在成人大脑中神经发生持续存在(此结论尚有争议)，且这一功能在AD病人中受到抑制，并可能是导致AD病人记忆力下降的原因之一。以往研究结果认为在成人大脑海马区的齿状回(dentategyrus)的亚颗粒细胞区域(subgranularzone)的神经发生与不少生理记忆过程相关。因此深入了解调控AHN的分子机制对治疗神经退行性疾病非常重要。同一实验室以前的研究结果发现miR-在脊髓放射状神经胶质类神经干细胞中调控细胞周期。但是其在成年小鼠或人类大脑海马齿状回神经干细胞中的功能尚不清楚。在神经发育过程中，miR-在神经干细胞中的表达量低，但是其表达量在向神经元分化过程中逐渐增加。在大脑新生神经元中敲除miR-会影响神经纤维成熟，树突棘形成，和神经突触功能，从而阻碍新生神经元整合进成年海马区的神经回路。在分析比较过表达和敲除miR-神经元转录组研究中，结果发现miR-对神经发生和细胞分裂增殖相关基因有重要调节作用。另一个重要的发现是在人类AD病人海马组织中的miR-含量与正常人相比一致降低。在神经元或小鼠大脑中过表达miR-可以抑制不少与AD相关的细胞表型，如淀粉样斑块的形成，TAU蛋白过度磷酸化，及神经元死亡。因此这一研究的目标就是探索miR-在AD小鼠模型中如何调控神经干细胞产生新的神经元。结果分析1.在AD小鼠模型中成年海马区神经发生（AHN）异常与miR-缺少有强相关性研究首先通过免疫化学方法比较了AD病人和对照人类大脑海马区齿状回部位具有分裂能力的神经干细胞数量。增殖细胞核抗原(proliferatingcellnuclearantigen,PCNA)阳性细胞主要是神经干细胞和小胶质细胞。染色分析发现AD病人齿状回部位PCNA阳性神经干细胞只有对照组的一半。以往有多个研究报道在AD病人大脑海马区的miR-含量也大大降低。那么miR-含量减少是否和神经干细胞数量下降有因果关系吗？为了解决这一问题，研究者使用了两种不同的AD小鼠模型。一种是过表达突变的人类淀粉样前体蛋白(amyloidprecursorprotein,APP)和presenilin1(APP/PS1),而另一种是敲入(knockin)突变的人类APP基因。实验结果发现在两种AD小鼠在9个月年龄时其齿状回部位的miR-含量都比野生型小鼠有明显降低。一个常用的促进小鼠齿状回部位神经干细胞增殖及后续的神经发生的方法是让小鼠进行自主性跑步。实验结果表明3和6个月大的小鼠，无论是对照组还是AD模型小鼠，跑步都会促进齿状回部位神经发生。然而当小鼠长到9个月时，跑步诱导的AHN在AD小鼠大脑海马中有明显降低。这一时间点恰好与miR-含量明显下降一致，表明AD病理发生过程中表现的淀粉样斑块(amyloidplaque)或者amyloidbetaoligomer可能与miR-下调及AHN异常相关。2.miR-在成年动物海马干细胞区受Ab调控实验使用Nestin基因启动子驱动的GFP来标记海马齿状回区的神经干细胞及早期神经元细胞。原位杂交结果显示miR-主要在正在分裂的神经干细胞(Ki67)和新生神经元细胞(doublecortin,DCX)中表达。在小鼠成长过程中，miR-的表达量只在神经干细胞中，而非成熟的神经元中，逐渐升高。那么miR-的表达量是否受到AD疾病中的Ab调控呢？实验结果发现AD模型小鼠海马区的神经干细胞中的miR-含量在6个月时同样升高，与野生型小鼠差不多。但是当AD小鼠长到9个月时，其海马区的miR-含量与野生型小鼠比较却显著降低，表明miR-在神经干细胞中的表达可能受Ab调控。3.在成年小鼠海马区齿状回部位的神经干细胞增殖和分化需要miR-表达如前所述，自主跑步训练能增加小鼠海马齿状回部位具有分裂能力的神经干细胞和新生神经元数量。但是如果使用针对miR-的反义核苷酸能基本消除跑步训练导致的神经干细胞分裂和神经分化。另一个有趣的发现是去除miR-还能降低跑步训练引起的神经营养因子BDNF的表达，而且BDNF对维持海马区神经干细胞微环境和AD小鼠认知功能恢复有重要作用。4.miR-调控神经干细胞向神经元细胞分化那么miR-对人类神经元分化有调控作用吗？实验结果发现在人类胚胎干细胞向神经元分化的过程中，miR-的表达量增加了约20倍，并在神经元成熟后进一步增加到倍。另外，在未分化的神经干细胞或前体细胞中过表达miR-促进这些细胞向神经元分化。相反，在正在分化的神经干细胞中降低miR-阻止其向神经元分化。更有意思的是，用AD疾病中的Abeta1-42处理神经干细胞会导致其中的miR-含量下降并抑制细胞分裂。5.在9个月成年AD小鼠的神经干细胞中过表达miR-可以促进细胞分裂和向神经元分化跑步训练无法促进9个月AD小鼠海马神经干细胞的神经发生。但是如果直接注射miR-却可以在不进行跑步训练的情况下促进神经干细胞分裂和神经元分化。进一步深入研究发现在成年神经干细胞中特异性的表达miR-可以获得同样的结果，证明miR-是直接在成年神经干细胞中起作用，而不是通过影响其它细胞来间接调控神经干细胞。6.miR-通过调控一个复杂的分子网络来促进成年小鼠海马神经发生为了更好的探索miR-在神经干细胞中的作用机制，研究中使用了单细胞RNA-seq的方法检查了miR-如何调控神经干细胞转录组变化。差异记忆表达分析发现表达miR-对转录组没有引起明显的变化，表明其对单个基因表达的作用不是很强。但是如果对miR-表达引起的信号通路变化进行分析，结果发现其对许多信号通路有协同调控作用。最后通过对miR-可能的靶基因进行筛选发现有5个明显下调的基因，包括DOCK1，EPHB3，BTG2，CAMK1，和RAC1。miR-很有可能是同过抑制这些基因的表达来促进神经干细胞分裂和向神经元分化。7.提高miR-含量可以恢复老年AD小鼠神经干细胞神经发生退化导致的记忆力下降一个最重要且具有临床意义的问题是miR-是否能改善AD病人的记忆力下降症状？实验结果发现9个月的AD小鼠在记忆力相关行为学测试中比同年龄的野生型小鼠表现明显下降。与预期结果一致，注射了miR-的AD小鼠的记忆力表现恢复到来野生型小鼠的水平。那么miR-对记忆力表型的促进作用是通过促进海马神经干细胞神经发生实现的吗？为了回答这一问题，实验中使用了一种化学试剂来抑制海马神经干细胞分裂。结果显示该化学试剂处理消除了miR-引起的AD小鼠的记忆力恢复，间接证明了前面提到的问题。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇