Neurosci Bull|申雪峰/柳孜俐/王逢鹏/郑庚修团队合作揭示SWS患儿发育中大脑内的“血管骨化机制”

学术   2024-11-14 00:01   上海  

【神经科学前沿技术培训系列】详见文末


撰文︱申雪峰团队

责编︱王思珍


斯特奇-韦伯综合征Sturge-Weber SyndromeSWS)是一种罕见的、非遗传的、先天性神经皮肤综合征,以面部葡萄酒色斑、青光眼、癫痫等为其主要临床特征。其中,约70%SWS患儿表现有大脑钙化(Brain calcification)。值得注意的是,在老年人群(60岁及以上)中大脑钙化的发病率>20%,但在年轻人群中的发病率仅约1%。相较而言,SWS患儿在脑发育过程中呈现出如此高比例的大脑钙化显得极不寻常。而SWS患者脑内钙化灶体积的增大与癫痫症状的早发、严重程度及认知障碍密切相关。然而,大脑钙化在SWS中的起源和机制仍不甚清楚。一个重要的原因是,以往几乎所有关于大脑钙化的机制研究都集中在老龄群体。相比之下,在儿童期发病的大脑钙化及其细胞和分子基础研究仍未得到足够重视。


近日,中国科学院深圳先进技术研究院(简称深圳先进院)脑认知与脑疾病研究所/深港脑科学创新研究院/HH-SIAT癫痫研究联合中心申雪峰、柳孜俐团队与厦门弘爱医院癫痫中心王逢鹏团队、济南大学化学化工学院郑庚修团队合作在Neuroscience Bulletin在线发表了题为“Vascular Ossification in the Developing Brain: A Case Study of Pediatric Sturge Weber Syndrome”的研究性论文。该研究通过结合蛋白质组学、荧光成像、化学成分分析等一系列研究手段,对一例4月龄SWS患者(其右侧大脑呈现大范围钙化)经手术切除的钙化病灶组织,围绕脑发育阶段的大脑钙化成因与机制开展研究。



该患者的GNAQ基因中956 bp~959 bp4个核苷酸缺失,造成了319位之后的氨基酸移码突变,是一个新的突变位点(图1A。钙化颗粒分布在脑内小血管壁及周围,通过SEM-EDS进行成分分析,发现其主要化学成分为羟基磷灰石(为骨骼内的主要钙盐晶体类型)(图1BC提示SWS患儿的发育中大脑内血管骨化现象(vascular ossification)的存在。


通过使用4D-DIA蛋白组学,发现在该患者大脑钙化病灶区域内存在着大量的与成骨细胞分化(osteoblast differentiation)、骨发育及矿化相关的蛋白上调(图1D1E,进而通过荧光成像在其中发现了骨细胞与成骨细胞(图1F1G;相对应地,与成骨细胞分化相关的PI3K-Akt信号通路也受到了显著激活(图1H。同时,在该区域内也检测到了上皮-间充质转化(epithelial-to-mesenchymal transition)相关的蛋白上调(图1D1E,并在病灶区确定了间充质前体细胞的存在(图1I;而与上皮-间充质转化相关的TGFβ信号通路也显示受到激活(图1J

 
1 SWS大脑钙化成因及机制。SNP分析GNAQ基因的突变情况。GNAQ-N, SWS病理的GNAQ序列;GNAQ-M, SWS患者的突变序列。(B) H&E图,比例尺为100 μm(C) SEM-EDS颗粒物的化学成分分析(蓝色,颗粒;红色,周围对照)(D-EHJ) 4D-DIA蛋白组学分析,取一例SWS患者大脑的2个病变区域和3例皮质发育畸形患者的大脑病变区域作为对照:(D) SWS患者脑病变病理相关的GO条目图;(E) 4D-DIA火山图;(H) PI3K-Akt通路的GSEA图;(J) TGFβ信号通路的GSEA图。(F-G, I) SclerostinRUNX2VimentinIF图,Ctrl表示皮质发育畸形患者的样本,SWS表示斯特奇-韦伯综合征患者样本。


基于以上的结果,研究人员首次提出了在SWS患儿发育中大脑内的血管骨化机制(图2即具有GNAQ基因突变的内皮细胞,可经过上皮-间充质转化成骨细胞分化进程,在血管原位形成骨细胞并分泌骨基质成分,最终致使骨化性的血管钙化发生。


2 SWS大脑钙化成因及机制示意图


文章结论与讨论,启发与展望
综上所述,本文首次报道了SWS患儿发育中大脑内的异位骨化现象,并提出了血管骨化机制。这一工作有望帮助SWS患儿改善认知障碍和控制癫痫发作,以此改善预后、提高生活质量,从而减轻家庭与社会的负担。尽管如此,关于血管骨化致使癫痫早发及认知受损的分子机制有待进一步的研究。

原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-024-01311-1

济南大学/深圳先进院陈苒溪为本研究第一作者,深圳先进院申雪峰、柳孜俐、厦门弘爱医院王逢鹏、济南大学郑庚修为共同通讯作者。该研究获得广东省自然科学基金、国家自然科学基金委、厦门市卫健委、深圳市科创委等项目的资助,并受深港脑院科学创新研究院支持。


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