Developmental Cell |双刃剑:胶质细胞参与调控轴突再生

文摘   2023-08-04 13:28   浙江  

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Developmental Cell |

双刃剑:胶质细胞参与调控轴突再生




       众所周知,中枢神经系统(CNS)再生失败的重要原因之一是存在轴突生长的抑制性微环境。例如,早期研究报道中枢神经损伤后胶质细胞会产生胶质瘢痕和髓鞘相关抑制分子从而限制轴突再生。然而,外周神经具有强大的再生能力,胶质细胞(施万细胞)能够在神经损伤后转换成激活状态,触发神经再生应答反应。近年来,胶质细胞-神经元相互作用如何参与和调控神经再生一直是相关领域的研究热点问题,潜在的分子细胞机制仍有待调查。

        近期,美国麻省大学医学院相杨团队在Developmental Cell 发表题为“Gliotransmission and adenosine signaling promote axon regeneration”的文章,该研究发现果蝇胶质细胞通过释放腺苷(Adenosine)激活神经元亚型特异性再生程序促进轴突再生,同时腺苷信号通路也参与调控哺乳动物视神经再生。

图1

 

      与哺乳动物周围神经系统(PNS)相似,果蝇的伤害感觉神经元(C4da)在损伤后能够重启再生程序;而与之伴行的机械感觉神经元(C3da)与哺乳动物中枢神经系统相似缺乏内在再生能力。因此,果蝇感觉神经元作为一种重要模型能够用于神经再生研究。同时,果蝇感觉神经元轴突束由胶质细胞包裹形成类似哺乳动物Remak束样结构,可用于探讨胶质细胞-神经元互作在神经再生中的作用及机制。那么,胶质细胞与神经元之间的交流如何影响轴突再生?

图2:果蝇中两种感觉神经元再生模式图。伤害感觉神经元(C4da)是可再生,机械感觉神经元(C3da)却不可再生。




图3:C4da神经元会随着胶质细胞钙离子波动而波动

      首先,该研究发现胶质细胞的存在对C4da神经元轴突再生是必要的,无论是用激光损伤胶质细胞还是TNT诱导死亡都会抑制神经元轴突再生。同时,利用钙成像技术,研究发现神经元轴突损伤后会诱发胶质细胞的钙波动。通过热敏通道和光敏通道调控胶质细胞的钙释放模拟轴突损伤后的钙释放,发现胶质细胞钙释放会进一步诱导可再生神经元C4da的钙波动。




图4:腺苷受体对C4da神经元的再生是必要的


      那么,胶质细胞又是如何影响神经元的呢?胶质细胞钙信号是驱动Gliatransmitter释放的重要因素,胶质细胞的钙火花调控ATP迅速降解为腺苷,腺苷是否参与神经再生过程。研究发现腺苷处理C4da神经元有明显的钙波动,而C3da则没有变化,提示腺苷通过调控神经元钙信号影响神经再生过程。此外在C3da中过表达腺苷受体AdoR能够逆转其不能再生的现象。神经元传递的信息就隐含在各个神经元的放电模式之中,作者发现在损伤后,可再生的C4da神经元以及不可再生的C3da放电模式有明显差异。接着,该研究用光敏通道诱导不同放电模式,发现簇状放电可促进C3da神经元的再生。此外,该研究还发现钙调控下游的Ras信号来调控再生过程。





图5::在小鼠是神经中过表达腺苷受体促进视神经再生


       最后,哺乳动物视神经损伤模型证实该研究作用机制的保守性。视神经中过表达腺苷受体Adora2b,并诱导胶质细胞释放腺苷能够明显促进视神经再生;同时,Adora2b过表达与敲降PTEN能协同调控再生过程。






图6:胶质细胞释放腺苷促进神经再生


      果蝇幼虫感觉神经元再生模型有很多优势,比如说再生时间短,速度快,再生程序保守。非常有趣的是,该研究发现在果蝇中直接调控放电模式可促进神经再生,但这一过程是否参与哺乳动物视神经再生过程还未可知。该研究利用多种遗传学工具,如光敏通道、热敏通道调控钙释放,联合GCaMP6巧妙地进行钙调控,揭示钙信号诱导胶质细胞腺苷释放进而激活神经元钙释放,促进轴突再生。同时证明再生过程中神经元与其他细胞之间比如胶质细胞交流的重要性。此外,腺苷的作用以及损伤后胶质细胞激活模式为神经再生包括中枢神经再生提供了新的策略。



 

       本推文作者为浙大邵逸夫神经再生转化中心助理研究员丁宸云,旨在总结学习,分享交流,如有错误与不到之处,欢迎联系我们批评指正。




文章题目Gliotransmission and adenosine signaling promote axon regeneration
文章作者:Fei Wang et al.
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.03.007

撰稿 | 丁宸云
审稿 | 周峰泉/杨树广
编辑 | 赵音珺





浙大邵逸夫神经再生转化中心
发布神经方向科学研究新进展。
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