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芒果苷诱导神经再生——有望治疗神经性疾病
发布日期:2022-09-09 19:43    点击次数:55

广州医科大学:芒果苷诱导神经再生

成年人神经细胞几乎是不可再生的,因为神经元外围包裹着少突胶质细胞”,这种细胞在中枢神经系统中释放大量抑制因子,不断抑制神经元再生。神经网络极度复杂,犹如城市电力网络系统,铁路调度系统。后两种系统中任何一处短路都会引起系统局部的紊乱,而神经元的坏死或再生都可能引起疾病,因此神经元的随意再生也会造成四处短路,表现在大脑就是异常放电,这种病叫“癫痫”。神经细胞的不可再生也同样导致因各种原因引起的神经损伤难以治愈,例如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病和抑郁症等(抑郁的治愈率很高,毕竟神经损伤小)。

因此,寻找神经再生,并控制神经再生是治愈神经疾病的重要研究方向。尽管有争议,但多数科学家认为成年哺乳动物中存在两个特定区域可持续产生神经元,其中之一是海马齿状回颗粒下区(SGZ),因此成年海马神经细胞再生是目前研究神经再生的热点领域。例如2019年3月28日,美国宾夕法尼亚大学的宋洪军教授及夫人明国莉教授以共同通讯在 Cell 杂志上发表题为《A Common Embryonic Origin of Stem Cells Drives Developmental and Adult Neurogenesis》的文章,解密成年海马DG区神经祖细胞的起源之谜,这对中枢神经系统海马神经再生的研究有着重大科学价值。同年8月,美国伊利诺伊州西北大学医学院神经病学系的John A. Kessler教授团队在Nature communication上发表了《Activating newborn neurons suppresses depression and anxiety-like behaviors》的文章,他们在转基因小鼠上运用化学遗传学的方法选择性地操控DG区新生神经元的活性。发现抑制新生神经元的兴奋性并没有改变新生神经元的数量,但是能够消除氟西汀(一种常用的抗抑郁症药物)的抗抑郁作用。更有意思的是,激活这些新生的神经元能够充分的缓解抑郁样行为。而在2020年4月,加州大学圣地亚哥分校医学院Mark Tuszynski团队在《Nature》上最新发表的题为《Injured adult neurons regress to an embryonic transcriptional growth state》的研究竟然指出:成年小鼠脊髓损伤后,皮质脊髓束(CST)可在移植的脊髓源性神经祖细胞(NPC)的刺激下再生出新的轴突。同时对应的皮质脊髓神经元细胞也在损伤状态下逆转为不成熟的发育状态以支持皮质脊髓束的增生。这一结论提出了一个新的假设:神经元发育状态可实现逆转?2021年5月,弗朗西斯·克里克研究所神经干细胞生物学实验室Francois Guillemot团队发表文章揭示了成年海马神经再生时间依赖的数量变化的分子机制。这些研究表明,神经再生是开发神经退行性疾病药物的重要方向。

那么有没有什么小分子可以诱导神经再生呢?今天,小编介绍一篇芒果苷诱导神经再生的文章。来自广州医科大学的宣爱国教授在Pharmacological Research杂志上发表题为《PPARβ mediates mangiferin-induced neuronal differentiation of neural stem cells through DNA demethylation》的论文阐述芒果苷诱导神经再生的作用及机制。

研究者从小鼠中分离了海马神经元,这种体外培养的神经元具有一定的自我更新及分化能力。

图1. 体外培养小鼠海马神经元

而加入芒果苷促进海马神经元增殖,同时一定程度的减少星形胶质细胞的数量,表明芒果苷的确具有促进海马神经元细胞增殖的能力。

图2. 芒果苷促进海马神经元增殖,同时减少星形胶质细胞的活性。

通过转录组分析,研究者发现芒果苷主要影响神经系统发育、神经再生和神经保护等相关的基因表达。大部分低甲基化基因都是上调的,表明芒果苷可能通过低甲基化上调神经发育相关基因的表达起到影响神经再生的作用(图3)。这些差异基因包括PPAR相关基因。随后研究者验证了芒果苷时间剂量依赖性的促进PPARβ的表达,而不是PPARα和PPARγ。敲低PPARβ则明显影响芒果苷诱导的神经再生(图4)。

图3.芒果苷影响的基因表达及甲基化水平。

图4. PPARbeta参与芒果苷诱导的神经再生。

图5. TET1参与芒果苷引起的5hmC甲基化

由于TET蛋白催化5mC去甲基化,参与神经干细胞分化。而芒果苷主要影响TET1蛋白表达,不影响TET2和TET3蛋白表达。那么芒果苷主要影响什么类型的甲基化呢,研究者检测二了5hmC的水平,芒果苷引起5hmC水平的升高。而芒果苷引起的TET1基因表达主要依赖于PPARβ。

图6.芒果苷影响DNMT3a蛋白表达

DNMT3a是参与芒果苷诱导的被动去甲基化的主要基因,同样受PPARβ的调控。PPARβ的敲低同样明显增加5mC水平,同时改善芒果苷诱导的5mC甲基化水平降低。Mash1是重要的神经再生调节基因。芒果苷明显增加Mash1基因表达。而敲除PPARβ明显抑制Mash1基因表达。

图7.PPARβ缺失小鼠抑制海马神经再生

为了验证PPARβ通过Mash1基因去甲基化来增加神经再生,研究者调查了PPARβ在小鼠海马神经元再生中的作用。研究者通过向小鼠海马齿状区注射PPARβ敲低质粒,发现注射3周后这种质粒明显降低海马神经元再生。

总之,研究者发现PPARβ参与芒果苷诱导的海马神经再生过程。





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