Sci Adv | PTBP1调控周围神经损伤后感觉轴突再生进程
周围神经系统（Peripheral nervous system，PNS）是指除脑和脊髓之外的神经，负责中枢神经系统与运动及感觉等靶器官的联络，在全身神经系统中承担重要功能。人体内最长的周围神经是坐骨神经，其延伸长度最长可达到一米。因此，为了便于长距离投射轴突对神经损伤的快速信号应答，神经元胞体内转录形成的mRNA可以先运输到轴突中，再进行及局部翻译（Local translation）。在这个过程中，RNA结合蛋白（RNA binding proteins，RBPs）通过调控RNA转录、剪接、翻译的效率，从而将不同功能的mRNA整合成具体的功能调控网络。然而，周围神经损伤后RBPs是如何调控mRNA参与损伤后信号应答、骨架蛋白组装、轴突再生等不同的功能呢？
图1：鉴定坐骨神经内与KPNB1 mRNA互作的RNA结合蛋白。
首先，为了筛选可能与KPNB1结合的RBPs，研究者采用低渗轴浆提取方法分离得到大鼠坐骨神经轴突匀浆，并根据KPNB1中的功能序列MAIL（Motif for axonal Importin localization）设计RNA探针，RNA pull-down及IP结果表明PTBP1与MAIL具有强互作关系（图1）。
图2：成熟感觉神经元中PTBP1稳定表达。
早期研究表明，PTBP1在中枢神经前体细胞中高水平表达，随着发育其表达水平逐渐下调，最终在成熟的中枢神经元中缺失。然而，免疫荧光染色的结果显示PTBP1在背根神经节（Dorsal root ganglion，DRG）的胶质细胞和感觉神经元中高水平表达，提示其可能在周围神经系统中扮演重要角色（图2）。
图3：受损感觉轴突PTBP1表达水平显著上调。
图4：荧光原位杂交验证PTBP1结合的靶mRNA。
研究者向小鼠背根神经节注射AAV9-U6-shPTBP1-EF1a-EYFP从而在体内敲低PTBP1的表达水平。坐骨神经挫伤后7天，原代培养DRG神经元显示敲低PTBP1显著降低轴突生长。其次，研究者通过标记不同再生相关基因发现，降钙素相关肽（Calcitonin gene-related peptide，CGRP）阳性的疼痛感受神经元（Nociceptive neurons）纤维显著再生显著减少，而其他类型的神经纤维再生正常。另外，行为学检测显示敲低PTBP1的小鼠对机械痛和热痛更为敏感。由此可见，PTBP1对基础感觉和损伤反应调控作用主要通过伤害感受器神经元实现（图5）。
图5： 敲低PTBP1显著影响成熟感觉神经元基础感觉和损伤反应。
图6：敲低PTBP1影响RhoA的翻译。
图7：Functional effects of local inhibition of PTBP1 in crushed nerve.
最后，研究者通过结构改造使PTBP1仅的定位于细胞核中（PTBP1R1R2），而无法定位于轴突。在敲低PTBP1的DRG中过表达全长的PTBP1可以使小鼠恢复正常的表型；然而，过表达PTBP1R1R2却无法导致功能性恢复。上述结果提示，PTBP1在成熟周围神经系统的轴突局部发挥重要作用（图8）。
图8：轴突中PTBP1是正常机械感觉所必需的。
基于课题组扎实的研究积累，Mike Fainzilber课题组首次揭示PTBP1分子在周围神经系统中的作用，提出RNA结合蛋白PTBP1倾向于结合KPNB1 mRNA的CU-rich motif从而调控周围感觉轴突再生进程。通过一系列精巧且直观的实验设计，发现PTBP1可以与轴突内的RHOA mRNA结合从而阻止其局部翻译。靶向敲低PTBP1会促进RHOA mRNA的局部翻译，从而特异性抑制疼痛感受神经元轴突再生。另外，敲低PTBP1导致小鼠基础感觉敏感性增加。综上所述，本研究首次提出PTBP1除了调控细胞重编程外，还能在成年阶段调控受损轴突的局部翻译，从而调控感觉神经元损伤反应、轴突生长和基础感觉。
PTBP1及其同家族成员PTBP2控制着神经前体细胞向胶质细胞或神经元的分化。许多证据表明敲低PTBP1可以重新引起体外的胶质细胞向神经元重编程转化，然而尚未有研究能够在体内重复观测到这一结果。随着神经元发育成熟，PTBP1表达逐渐下降，从而引导前体细胞向神经元组织分化。领域内普遍认为PTBP1 在成熟神经元中不表达也不具备功能。本研究清楚的表明，PTBP1在周围神经系统中发挥着调控局部翻译、感觉轴突再生进程的重要作用。
本推文作者为浙大邵逸夫神经再生转化中心博士生余滋恺，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：PTBP1 regulates injury responses and sensory pathways in adult peripheral neurons
文章作者：Stefanie Alber et al.
原文链接：10.1126/sciadv.adi0286
