脊髓损伤后Ca2+诱导的髓鞘病变先于轴突球状体形成的现象部分由库控钙内流介导

doi:10.4103/1673-5374.373656

摘要/Abstract

摘要：

轴突球状体的形成是脊髓损伤后的常见特征。为了进一步了解介导轴突球状体形成的Ca2+的来源，实验使用了先前表征的体外小鼠脊髓模型，该模型允许对细胞外Ca2+进行精确的扰动。实验对Thy1YFP+转基因小鼠的脊髓组织进行了双光子激发显微镜成像，并应用亲脂性染料尼罗红，分别记录脊髓背柱轴突及其髓鞘的动态变化。在存在或不存在外部Ca2+的情况下，用Ca2+离子载体离子霉素选择性地从内部储存中释放Ca2+。在正常的2mM Ca2+人工脑脊液存在的情况下，离子霉素剂量依赖性地诱导髓鞘的病理变化和明显的轴突球状体形成。相反，去除外部Ca2+后 2小时内离子霉素诱导的髓鞘和轴突球状体的形成明显减少。使用在脊髓轴突中表达神经元特异性Ca2+指示剂的小鼠，实验证实了离子霉素诱导轴突内Ca2+的显著增加，但无外部Ca2+的情况下则未出现该现象。轴突周围的肿胀和由此产生的轴突-髓质界面的破坏往往先于轴突球状体的形成，并与之呈负相关。用库控钙内流阻断剂YM58483（500nM）预处理可明显减少髓鞘损伤和轴突球体的形成。总之，这些数据显示，离子霉素诱导的内部Ca2+储存的耗竭和随后通过库控钙内流的外部Ca2+进入有助于髓鞘的病理变化和轴突球状体的形成，从而为保护中枢有髓纤维提供了新的标靶。

https://orcid.org/0000-0003-1004-8991 (David P. Stirling)

Abstract: The formation of axonal spheroid is a common feature following spinal cord injury. To further understand the source of Ca2+ that mediates axonal spheroid formation, we used our previously characterized ex vivo mouse spinal cord model that allows precise perturbation of extracellular Ca2+. We performed two-photon excitation imaging of spinal cords isolated from Thy1YFP+ transgenic mice and applied the lipophilic dye, Nile red, to record dynamic changes in dorsal column axons and their myelin sheaths respectively. We selectively released Ca2+ from internal stores using the Ca2+ ionophore ionomycin in the presence or absence of external Ca2+. We reported that ionomycin dose-dependently induces pathological changes in myelin and pronounced axonal spheroid formation in the presence of normal 2 mM Ca2+ artificial cerebrospinal fluid. In contrast, removal of external Ca2+ significantly decreased ionomycin-induced myelin and axonal spheroid formation at 2 hours but not at 1 hour after treatment. Using mice that express a neuron-specific Ca2+ indicator in spinal cord axons, we confirmed that ionomycin induced significant increases in intra-axonal Ca2+, but not in the absence of external Ca2+. Periaxonal swelling and the resultant disruption in the axo-myelinic interface often precedes and is negatively correlated with axonal spheroid formation. Pretreatment with YM58483 (500 nM), a well-established blocker of store-operated Ca2+ entry, significantly decreased myelin injury and axonal spheroid formation. Collectively, these data reveal that ionomycin-induced depletion of internal Ca2+ stores and subsequent external Ca2+ entry through store-operated Ca2+ entry contributes to pathological changes in myelin and axonal spheroid formation, providing new targets to protect central myelinated fibers.

Key words: axonal degeneration, axonal spheroid formation, ionomycin, store-operated calcium entry, myelin, Nile red, peri-axonal swelling

. 脊髓损伤后Ca2+诱导的髓鞘病变先于轴突球状体形成的现象部分由库控钙内流介导[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2023, 18(12): 2720-2726.

Spencer Ames, Kia Adams, Mariah E. Geisen, David P. Stirling. Ca2+-induced myelin pathology precedes axonal spheroid formation and is mediated in part by store-operated Ca2+ entry after spinal cord injury#br#[J]. Neural Regeneration Research, 2023, 18(12): 2720-2726.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

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延伸阅读

NRR：美国学者找到保护中枢有髓神经纤维的新标靶

中枢神经系统（CNS）创伤后的神经系统恢复取决于撞击的位置以及原发和继发损伤的程度。然而，对继发性白质变性的精确机制仍未得到完全阐释。啮齿类动物和人类的压缩或挫伤的脊髓进行的超微结构和组织学研究结果显示了白质的几种病理变化，其中，最显著的变化是髓鞘囊化、轴周肿胀、沿轴突长度方向形成的被称为轴突球状物的局灶性轴突肿胀等。这些变化会导致脊髓损伤患者产生可怕的后果，因为一旦轴突断裂，它们就不能再生，从而导致残疾。

虽然，影响脊髓损伤后轴突命运的精确分子机制仍不甚明了，但有人提出轴突内Ca2+积累和清除的作用。脊髓损伤后几乎所有成为碎片的轴突都经历了最初的Ca2+上升，而将Ca2+恢复到正常水平的轴突会自发恢复。不管轴突内Ca2+过载的来源是什么，轴突损伤可能是通过Ca2+诱导的微管不稳定和Ca2+依赖性钙蛋白激活导致轴突重要细胞骨架元素的破坏而介导的。

为了进一步了解介导轴突球状体形成的Ca2+来源，路易斯维尔大学医学院的David P. Stirling的研究团队在发表于《中国神经再生研究（英文版）》2023年第12期的研究中，使用了先前表征的体外脊髓模型，该模型可以精确扰动Ca2+的细胞内和细胞外来源，并通过时间推移双光子激发成像来实时跟踪轴突和髓鞘的动态变化。该研究的目的在于观察细胞外Ca2+存在或不存在的情况下，用Ca2+离子载体离子霉素选择性地从内部储存中释放Ca2+。在正常的2mM Ca2+人工脑脊液存在的情况下，离子霉素剂量依赖性地诱导髓鞘的病理变化和明显的轴突球状体形成。相反，去除外部Ca2+后 2小时内离子霉素诱导的髓鞘和轴突球状体的形成明显减少。使用在脊髓轴突中表达神经元特异性Ca2+指示剂的小鼠，实验证实了离子霉素诱导轴突内Ca2+的显著增加，但无外部Ca2+的情况下则未出现该现象。轴突周围的肿胀和由此产生的轴突-髓质界面的破坏往往先于轴突球状体的形成，并与之呈负相关。用库控钙内流阻断剂YM58483（500nM）预处理可明显减少髓鞘损伤和轴突球体的形成。总之，这些数据显示，离子霉素诱导的内部Ca2+储存的耗竭和随后通过库控钙内流的外部Ca2+进入有助于髓鞘的病理变化和轴突球状体的形成，从而为保护中枢有髓神经纤维提供了新的标靶。