中大新聞網(wǎng)訊（通訊員張玉琦）2024年8月24日，中山大學(xué)曾園山團(tuán)隊(duì)聯(lián)合廣東省人民醫(yī)院李戈團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刋Chemical Engineering Journal上在線發(fā)表了題為：The LINGO-1-deficient neural stem cell-derived neural tissueoid showed enhanced retention and neuronal relay in the transected spinal cord的研究成果。該研究表明，敲低跨膜蛋白LINGO-1可以減少移植的神經(jīng)類組織細(xì)胞死亡，保存了更多的神經(jīng)元，它們?cè)诩顾钃p傷/移植處重建了中繼腦源性神經(jīng)信息的節(jié)段性神經(jīng)通路 (附圖)。
附圖: LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織移植在全橫斷脊髓損傷/移植處重建了中繼腦源性神經(jīng)信息的節(jié)段性神經(jīng)通路。全橫斷脊髓損傷后，LINGO-1通過(guò)增加cle-Capase-3導(dǎo)致細(xì)胞死亡，并與TrkC相互作用，降低PI3K/AKT/CREB軸的磷酸化，引起突觸降解。CRISPR-Cas9介導(dǎo)的LINGO-1缺失將促進(jìn)供體神經(jīng)元TrkC二聚體的形成和磷酸化，并激活下游經(jīng)典的突觸形成信號(hào)通路。
嚴(yán)重的脊髓損傷會(huì)導(dǎo)致節(jié)段性脊髓組織損毀，中斷了傳導(dǎo)上、下行神經(jīng)信息的神經(jīng)通路，造成患者運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)障礙，致殘率極高，至今還沒(méi)有有效的治療方案。因此，脊髓損傷修復(fù)仍是當(dāng)今世界性醫(yī)學(xué)難題。隨著組織工程類組織制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新，基于干細(xì)胞策略誘導(dǎo)制造的具有突觸傳遞功能的神經(jīng)類組織 (neural tissueoid)，能夠有效替換損毀的脊髓組織，為全橫斷脊髓損傷/移植處重建節(jié)段性神經(jīng)通路提供了可能。然而，嚴(yán)重的脊髓損傷微環(huán)境不利于移植的神經(jīng)類組織長(zhǎng)期存活。因此，尋找促進(jìn)神經(jīng)類組織在脊髓損傷/移植處長(zhǎng)期存活的關(guān)鍵靶點(diǎn)至關(guān)重要，這對(duì)推動(dòng)脊髓損傷修復(fù)的基礎(chǔ)和臨床轉(zhuǎn)化研究具有重要的科學(xué)意義。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)受損傷脊髓組織細(xì)胞和移植神經(jīng)類組織細(xì)胞的觀察，發(fā)現(xiàn)脊髓損傷后跨膜蛋白LINGO-1顯著上調(diào)，這一過(guò)程伴隨著程序性細(xì)胞死亡相關(guān)分子和跨膜蛋白TrkC基因Ntrk3(NT-3受體基因)的高表達(dá)。進(jìn)一步的單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，LINGO-1與TrkC共定位于神經(jīng)元等細(xì)胞中，在脊髓損傷后具有相似的表達(dá)譜。它們能夠通過(guò)非共價(jià)鍵相互結(jié)合，激活下游Caspase-3蛋白，這一過(guò)程伴隨著抑制TrkC磷酸化介導(dǎo)的經(jīng)典PI3K/AKT突觸形成信號(hào)通路，表明LINGO-1可能是引起細(xì)胞死亡和抑制突觸形成的關(guān)鍵靶點(diǎn)。進(jìn)一步借助CRISPR-Cas9技術(shù)，建立LINGO-1敲低的神經(jīng)干細(xì)胞并將其種植于NT-3緩釋三維支架中，在體外誘導(dǎo)自組織形成LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織。該神經(jīng)類組織具有突觸和髓鞘形成潛能，保留了神經(jīng)組織的多樣性和神經(jīng)元的功能活性，具有抗凋亡能力。然后，研究團(tuán)隊(duì)將LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織移植到全橫斷脊髓損傷處，兩個(gè)月后，觀察到大鼠皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位和癱瘓后肢運(yùn)動(dòng)功能有明顯改善。此外，該神經(jīng)類組織細(xì)胞可以更多地存活并駐留于損傷/移植處。同時(shí)，在損傷/移植處觀察到移植細(xì)胞周圍富集神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-3 (NT-3)，顯示出持續(xù)的神經(jīng)保護(hù)和突觸形成信號(hào)激活，促進(jìn)更多的移植神經(jīng)元與下行的5-HT陽(yáng)性神經(jīng)纖維及上行的CGRP陽(yáng)性神經(jīng)纖維建立功能性連接。最后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)PRV跨多突觸逆行神經(jīng)通路示蹤揭示，這種新穎的LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織的神經(jīng)元可以將腦源性信息中繼至損傷/移植處尾側(cè)端脊髓固有神經(jīng)元，起到了神經(jīng)元中繼器 (neuronal relayer) 的作用 [注：神經(jīng)元中繼器 (又稱內(nèi)、外源性神經(jīng)元) 是脊髓損傷/移植處的結(jié)構(gòu)和功能單位，主要由神經(jīng)干細(xì)胞分化而來(lái)。這類神經(jīng)元接收和整合多個(gè)輸入電信號(hào)后通過(guò)其突觸前膜電壓門控型離子通道的開(kāi)啟，將生物電信號(hào)傳遞給突觸后神經(jīng)元并調(diào)整其活動(dòng)狀態(tài)。引自：解剖學(xué)雜志，2024, 47：86]。
綜上所述，該研究闡明全橫斷脊髓損傷后，LINGO-1的高表達(dá)阻斷了TrkC (NT-3受體) 二聚體的形成，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。CRISPR-Cas9介導(dǎo)的供體神經(jīng)元中的LINGO-1缺失促進(jìn)了其TrkC二聚體的形成和磷酸化，從而激活了經(jīng)典的突觸形成信號(hào)通路。NT-3遞送支架中的LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織增強(qiáng)了供體神經(jīng)元的存活、節(jié)段性神經(jīng)通路的重建及其腦源性神經(jīng)信息的中繼。
曾園山教授和李戈研究員為共同通訊作者。李戈研究員、黃莉鈞博士及張寶博士后為該研究論文的共同第一作者，該研究受國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。
