Cell Reports丨陸正齊/湯常永/崔亞雄等研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：多效生長(zhǎng)因子改善衰老相關(guān)的成體海馬神經(jīng)發(fā)生減退和認(rèn)知功能障礙

隨著社會(huì)老齡化進(jìn)程的加快，衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病(阿爾茨海默病，帕金森病等)的發(fā)病率在老年人中激增，但是目前的治療手段極其有限。成年腦中駐留的神經(jīng)干細(xì)胞產(chǎn)生新的神經(jīng)元這一過(guò)程即神經(jīng)發(fā)生（Adult hippocampal neurogenesis, AHN)，能夠恢復(fù)大腦的部分功能。AHN與大腦可塑性、學(xué)習(xí)記憶以及大腦的損傷后修復(fù)密切相關(guān)。衰老過(guò)程中，神經(jīng)干細(xì)胞增殖和產(chǎn)生新神經(jīng)元的能力急劇下降，這一變化參與了神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和進(jìn)展。因此，尋找新的靶點(diǎn)來(lái)維持神經(jīng)干細(xì)胞庫(kù)的穩(wěn)定，進(jìn)而改善衰老相關(guān)神經(jīng)退行性疾病至關(guān)重要。

近日，中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院腦病中心陸正齊/湯常永團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊Cell Reports發(fā)表了題為“Pleiotrophin ameliorates age-induced adult hippocampal neurogenesis decline and cognitive dysfunction”的研究論文。該研究通過(guò)多種手段證實(shí)了多效生長(zhǎng)因子（PTN）缺乏損害了成體海馬神經(jīng)發(fā)生和認(rèn)知功能；在機(jī)制上闡明了PTN通過(guò)PTPRZ1受體激活A(yù)KT信號(hào)來(lái)調(diào)控成體神經(jīng)發(fā)生的分子機(jī)制；調(diào)節(jié)PTN-PTPRZ1-AKT軸可逆轉(zhuǎn)衰老導(dǎo)致的成體發(fā)生減少和認(rèn)知功能障礙。這些結(jié)果表明，PTN可能是一個(gè)新的改善衰老相關(guān)認(rèn)知障礙的治療靶點(diǎn)。

△原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.113022

在年輕小鼠體內(nèi)，敲降PTN導(dǎo)致成體神經(jīng)發(fā)生缺陷:該研究首先利用腦立體定位注射技術(shù)，通過(guò)向雙側(cè)海馬齒狀回注射shRNA慢病毒來(lái)敲降PTN的表達(dá)(圖1A-C)。經(jīng)免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)，增殖EdU⁺?細(xì)胞(圖1D)、GFP⁺EdU⁺GFAP⁺Sox2⁺放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞(RGLs)(圖1E)、DCX^-MCM2⁺?神經(jīng)祖細(xì)胞(圖1F)、DCX⁺MCM2⁺神經(jīng)母細(xì)胞(圖1G)、GFAP⁺Sox2⁺?總的RGL細(xì)胞(圖1I)、GFAP⁺Sox2^-總的前體細(xì)胞(圖1I)、分化的BrdU⁺?細(xì)胞(圖1J)、BrdU⁺DCX⁺?未成熟神經(jīng)元(圖1J)和BrdU⁺NeuN⁺成熟神經(jīng)元(圖1K)的細(xì)胞數(shù)量均比對(duì)照組減少。結(jié)果表明，PTN減少抑制NSPCs增殖和分化。

年輕小鼠海馬中，PTN的減少損害海馬依賴的學(xué)習(xí)和記憶行為：在新物體位置識(shí)別( NOL)實(shí)驗(yàn)和新物體識(shí)別(NOR)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，PTN缺乏組小鼠對(duì)新位置和新物體的探索時(shí)間比例均低于對(duì)照組(圖2D-G)。在條件恐懼實(shí)驗(yàn)(FCT)中，敲降PTN后小鼠對(duì)環(huán)境刺激反應(yīng)的凝滯減少(圖2H-J)。敲降PTN的小鼠在水迷宮(MWM)和反向水迷宮 ( RMWM)(圖2L-Q)的目標(biāo)平臺(tái)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)過(guò)程中，尋找到平臺(tái)的時(shí)間更緩慢，穿越平臺(tái)的次數(shù)減少。上述結(jié)果表明，PTN的減少損害認(rèn)知功能。

△圖2? 年輕小鼠海馬中 PTN 的減少導(dǎo)致認(rèn)知功能受損

NSPCs中特異性敲除PTN抑制了成體海馬神經(jīng)發(fā)生：應(yīng)用Nestin-CreER^T2；Ptn^flox/flox（Ptn?cKO）小鼠，發(fā)現(xiàn)Ptn?cKO?組NPSCs的增殖分化明顯低于對(duì)照組?(圖3A-H)。結(jié)果表明，NSPCs中特異性敲除PTN損害了海馬神經(jīng)發(fā)生。

△圖3? 神經(jīng)干細(xì)胞中特異性敲除PTN導(dǎo)致成體神經(jīng)發(fā)生下降

PTN-PTPRZ1通過(guò)激活A(yù)KT信號(hào)通路促進(jìn)NSPCs的增殖和分化：在體外培養(yǎng)的NSPCs中，加入PTN或PBS處理后進(jìn)行RNA測(cè)序(RNA-seq)分析，發(fā)現(xiàn)PTN能夠激活 AKT信號(hào)通路；而敲降PTPRZ1受體后，PTN對(duì)AKT信號(hào)通路的激活作用被抑制。與此同時(shí)，通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了PTN-PTPRZ1通過(guò)激活A(yù)KT信號(hào)通路促進(jìn)NSPCs的增殖分化。

進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，PTN的表達(dá)在衰老小鼠和SAMP8小鼠衰老的成體海馬NPSCs中顯著減少。應(yīng)用迷你滲透泵向海馬齒狀回補(bǔ)充重組PTN蛋白，或者應(yīng)用腦立體定位注射技術(shù)向衰老小鼠雙側(cè)海馬注射過(guò)表達(dá)PTN慢病毒，這兩種方式均可以促進(jìn)衰老小鼠海馬NSPCs的增殖和分化，并改善認(rèn)知功能。

△圖5? PTN發(fā)揮功能模式圖

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文章結(jié)論與討論，啟發(fā)與展望

研究證明PTN和PTPRZ1是神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)可塑性中的關(guān)鍵分子；此外，PTN通過(guò)激活A(yù)KT信號(hào)通路促進(jìn)成體海馬神經(jīng)發(fā)生，在衰老和神經(jīng)退行性疾病中對(duì)發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用，并可改善認(rèn)知功能的缺陷（圖5）。因此，這項(xiàng)研究中的發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)干細(xì)胞治療和認(rèn)知障礙的治療提供了新的思路和目標(biāo)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值，為未來(lái)衰老和神經(jīng)退行性疾病的治療提供一定的理論依據(jù)。

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李浩洋博士、徐莉博士、姜維博士后和丘秀生助理工程師為該研究論文第一作者，陸正齊教授、崔亞雄助理研究員、湯常永副研究員為共同通訊作者。該研究受到了中國(guó)科學(xué)院遺傳研究所郭偉翔研究員和吳青峰研究員的指導(dǎo)，并得到了中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)部韓曉燕主任以及梁淑珍、蔡程程、陳雪芳、胡宇等管理員的支持和幫助。

通訊作者

第一作者

陸正齊教授：中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院腦病中心常務(wù)副主任，神經(jīng)內(nèi)科主任，美國(guó)匹茨堡大學(xué)高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者，廣東省醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)病學(xué)分會(huì)主任委員。主要研究腦血管病、老化與認(rèn)知障礙及神經(jīng)免疫性疾病。主持國(guó)自然等省部級(jí)及以上項(xiàng)目15項(xiàng)，獲廣東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)；以第一/通訊作者在Nat commun、Sci Adv、STTT、Stroke、Neurology、Cell Reports等1區(qū)TOP期刊發(fā)表高質(zhì)量論文10余篇。

湯常永副研究員：中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院副研究員，中山大學(xué)“百人計(jì)劃”引進(jìn)人才。在中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物研究所獲得神經(jīng)生物學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，布朗大學(xué)博士后。主要研究神經(jīng)干細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞及其微環(huán)境在神經(jīng)退行性疾?。ㄈ缢ダ稀D等）和神經(jīng)免疫性疾?。ㄈ鏝MOSD、MS等）中的作用。并主持國(guó)家自然基金，科技創(chuàng)新-2030腦計(jì)劃青年項(xiàng)目（課題骨干），廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)基金等多個(gè)科研項(xiàng)目。近年來(lái)在Neuron，Molecular Psychiatry，Molecular Therapy, Cell Reports(2篇)，Glia等雜志發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。

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未來(lái)，腦病中心神經(jīng)免疫團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深耕于腦血管疾病、神經(jīng)免疫相關(guān)疾病的臨床和基礎(chǔ)研究，并持續(xù)與國(guó)內(nèi)外知名科研團(tuán)隊(duì)保持交流與合作，促進(jìn)腦血管病、神經(jīng)免疫亞專科的全面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際一流”的?？颇繕?biāo)。

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