少突胶质细胞（OLs）在中枢神经系统的损伤修复中扮演重要角色，其通过再髓鞘化恢复跳跃式神经传导，维持轴突的完整性，并促进功能恢复。然而，髓鞘修复的失败被认为是导致脱髓鞘疾病（如与年龄相关的神经退行性疾病及多发性硬化症）的重要因素。既往观点将髓鞘修复障碍归因于少突胶质前体细胞（OPCs）分化的缺陷，然而，有越来越多的证据表明髓鞘生产失败可能与OLs的代谢和功能障碍有关。如何调控OLs在髓鞘生成中的代谢活动，尤其是影响髓鞘蛋白和脂质合成的基因表达，成为研究中的重点。
团队和文章信息
2024年9月12日，四川大学廖雪莲研究团队在《Nature Neuroscience》（IF: 21.2）上发表了题为《DOR activation in mature oligodendrocytes regulates α-ketoglutarate metabolism leading to enhanced remyelination in aged mice》的研究。本文揭示了成熟少突胶质细胞（mOLs）中富集的转录共调节因子——糖尿病和肥胖相关基因（Diabetes- and Obesity-Related Gene，DOR）激活通过调控成熟OLs中的α-酮戊二酸（αKG）代谢，显著促进老龄小鼠的髓鞘再生，在应对年龄相关的神经退行性疾病方面具有重要的治疗潜力。
研究团队在公开的数据集中筛查了多发性硬化症（MS）病变与正常白质（NAWM）中差异表达的基因。研究发现，与正常白质相比，MS病灶区域的mOLs中的DOR表达显著下调。通过免疫组化分析和荧光信号的定量分析，证明了DOR表达水平的降低与MS病变中的脱髓鞘现象密切相关。这些结果表明，DOR的下调可能是MS病灶中髓鞘修复失败的重要原因。
研究团队构建了Dor条件性敲除（Dor cKO）小鼠，并发现Dor cKO小鼠在多个脑区（如胼胝体和皮层）表现出髓鞘缺乏，成熟OLs数量显著减少，轴突髓鞘化严重受损。这些结果证实了Dor基因缺失会导致髓鞘生成障碍、OLs成熟不全及轴突髓鞘化受损。
携带膜锚定绿色荧光蛋白（mGFP）报告基因的小鼠于髓鞘发育高峰期消融DOR，构建DOR诱导性敲除小鼠模型Dor iKO模型，研究发现P60时皮层中的GFP标记髓鞘面积减少，轴突包裹受损，髓鞘化轴突数量和厚度减少。在用溶血磷脂酰胆碱（LPC）诱导的脱髓鞘后，成年Dor iKO小鼠显示出病灶区mOL数量减少，新生髓鞘厚度及髓鞘化轴突的比例显著降低。这些表明DOR对于髓鞘生成、脱髓鞘后的再髓鞘化至关重要。
通过对对照组和Dor条件性敲除（cKO）小鼠进行RNA测序分析，发现编码髓鞘蛋白和髓鞘形成调节因子的基因（如Sox10、Mbp）显著下调，与OL分化抑制相关的信号通路基因上调。Cut&Tag分析显示，DOR在成熟OL中的结合频率明显高于未成熟OL。通过HOMER基序发现程序发现DOR与SOX10共同调节Prr18基因，而Prr18是髓鞘生成的必需因子，这进一步支持DOR在OL髓鞘生成中的重要性。
通过基因表达分析和代谢组学分析表明，在Dor cKO小鼠的视神经中，αKG生物合成途径相关酶的编码基因表达下调。在体外，通过二甲基-α-酮戊二酸（DMKG）的处理，可以促进少突胶质前体细胞（OPCs）向mOLs的分化。在体内，DMKG 处理可增加髓鞘相关基因的表达，促进LPC诱导的脱髓鞘后的再髓鞘化，并增加髓鞘化轴突的数量及其髓鞘的厚度。这些结果表明，DOR 调节负责 αKG 生物合成的基因从而促进髓鞘的形成。
DMKG 处理能够显著提升 LPC 诱导脱髓鞘后小鼠视神经中 MBP 水平和髓鞘相关基因（如 Mbp 和 Plp1）的表达。DMKG 处理14天后，H3K27ac+ 和 DOR+ 细胞数量均有所增加，并且在 21 天时，GSTπ OLs的数量也明显增加。电子显微镜分析显示，DMKG 处理小鼠的髓鞘化轴突数量增加，髓鞘厚度明显提高，表明 DMKG 补充可有效促进脱髓鞘后的再髓鞘化。
随着小鼠衰老，DOR水平逐渐降低。补充DMKG能提高老龄小鼠胼胝体中DOR和MBP的表达并促进OPCs向mOLs的分化，并增强了小鼠的空间学习与记忆能力。通过水迷宫测试，研究证明经DMKG处理的小鼠认知能力改善。此外，DMKG也能促进老龄小鼠髓鞘的再生，逆转与年龄相关的OPCs成熟减少。这些结果表明DOR/αKG通路在促进髓鞘生成和提高老龄小鼠认知能力方面具有重要作用。
DOR与髓鞘生成的关系
DOR在OLs中的表达与髓鞘生成密切相关。研究表明，DOR的表达在OPCs分化为mOLs的过程中显著增加，表明其在这一阶段起着关键作用。DOR的缺失导致髓鞘相关基因的表达降低，抑制了髓鞘的组装和生成，从而影响神经纤维的正常功能。
研究局限性
尽管本研究揭示了αKG在OLs中的作用及其与DOR的相互关系，但具体的分子机制仍需进一步阐明。特别是，αKG在调节其他神经元类型（如神经元和胶质细胞）以及对轴突活动的影响尚未得到充分探索。未来的研究应着重于解析αKG在不同神经细胞类型中的功能特性及其与DOR相关的信号通路，以全面了解其在神经系统中的作用机制。
To us:
该研究为理解OLs在髓鞘生成中的作用提供了新的线索，通过对DOR/αKG通路调节，可能为治疗脱髓鞘疾病和与衰老相关的神经退行性疾病提供新的治疗思路。
Q & A
Q1：LPC 诱导脱髓鞘小鼠经DMKG 处理14天后，H3K27ac+细胞数量增加，这里的H3K27ac+细胞指的是什么？结果有何意义？
A：H3K27ac是一种组蛋白修饰，通常与活跃的基因表达相关。因此，H3K27ac的增加表明与髓鞘生成相关的基因可能在转录活跃状态。它通常存在于神经元和胶质细胞中。
Q2：补充αKG是如何对少突胶质细胞和髓鞘形成造成影响的？
A：αKG促进OPCs向成熟OLs分化，并上调髓鞘相关基因的表达，如Mbp和Plp1。此外，αKG增强OLs的能量代谢，支持髓鞘生成。它还加速脱髓鞘后的再生，增加髓鞘化轴突数量，并通过正反馈上调DOR表达，进一步促进髓鞘形成。总之，αKG在髓鞘生成和修复中起到关键作用。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41593-024-01754-9
编辑：倪铭蔚
校对：吴欣阳
排版：bonbon
审核：曹秋晨
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