NRR:中国南方医科大学郭家松团队报道miR-301a敲除延缓华勒变性不利于周围神经再生
撰文:郭家松,傅兰雅
周围神经分布在全身各处,几乎所有的外伤和手术都会不可避免地对周围神经造成不同程度的损伤。因此,阐明神经再生的调控机制,寻找有效的促进神经再生的新策略已引起人们的广泛关注。已知miR-301a在多种肿瘤组织中高表达,且可调控癌细胞的增殖、迁移、侵袭过程 [1-3]。同时,miR-301a还可参与调控组织炎症反应 [3-5]。然而,miR-301a在周围神经损伤前后的表达变化及其对神经再生是否发挥作用等信息均尚无报道。
中国南方医科大学基础医学院郭家松团队在《中国神经再生研究(英文)》(Neural Regeneration Research)上发表了题为“MicroRNA-301a knockout attenuates peripheral nerve regeneration by
delaying Wallerian degeneration”的研究。该研究发现miR-301a在正常神经中表达量极低,所以miR-301a敲除并不会影响未损伤神经的结构与功能。有意思的是,在周围神经损伤后miR-301a表达大幅上调,提示它参与了神经损伤与修复的过程。进一步实验证实了miR-301a敲除小鼠神经损伤后的结构与功能修复均明显不如野生型小鼠。最后证实miR-301a敲除可通过调控YY1/CXCR4信号通路抑制许旺细胞的迁移和吞噬功能,进而延缓了神经损伤后的华勒变性进展。华勒变性是神经损伤后不可逆转的过程,此过程主要是损伤远端的轴突和髓鞘崩解及其碎片被清除,可为后续的神经再生提供良好微环境。所以郭家松等认为miR-301a敲除后华勒变性进展延缓是不利于神经再生的主要原因。研究提示,神经损伤后miR-301a的高表达对于神经再生修复是有一定的积极意义。鉴于miR-301a抑制剂被认为在肿瘤治疗有良好的应用前景,将来临床应用时需要考虑到其不利于神经再生修复的副作用。
郭家松等首先对比了miR-301a基因敲除小鼠与野生型小鼠的坐骨神经中的轴突与髓鞘结构及其标志蛋白的表达,神经电生理功能以及小鼠的运动功能。结果显示,miR-301a 基因敲除并不会影响小鼠周围神经的结构及相应功能(图1A-H)。通过检测miR-301a在周围神经损伤前后的表达,发现miR-301a基因敲除不影响正常神经结构与功能的主要原因应该是其在未损伤神经中表达量极低,所以敲除与否意义不大。然而,有意思的是,miR-301a在神经损伤后表达量大幅上调(图1I和J)。这提示miR-301a应该是参与了神经损伤与修复过程的分子机制调控。
图1 miR-301a 基因敲除不影响成年小鼠周围神经的结构与功能,miR-301a在未损伤神经低表达但损伤后表达量大幅升高
鉴于上述发现,郭家松等随后利用miR-301a基因敲除和野生型小鼠制备坐骨神经夹伤模型开展了一系列常规的免疫荧光、电镜、分子生物学、神经电生理和行为学检测,综合所有的结果可以得出miR-301a 基因敲除不利于周围神经损伤修复(图2和3)。
图2 miR-301a基因敲除导致坐骨神经夹伤后的轴突与髓鞘再生以及神经传导功能恢复水平下降
图3 miR-301a基因敲除导致坐骨神经夹伤后的腓肠肌萎缩加重,且运动功能降低
周围神经中最主要的结构是神经元发出的轴突以及包绕在轴突外的许旺细胞。既然miR-301a基因敲除后神经再生能力下降,郭家松等首先想到的是不是miR-301a基因敲除影响了神经元本身的再生能力。所以对miR-301a基因敲除和野生型新生小鼠背根神经节神经元进行体外培养,因为这些神经元在分离过程神经元原来的轴突已经断裂,体外培养过程重新长出的突起可模拟体内的轴突再生。结果发现,不论是培养24h还是72h,2组之间的突起数量和突起总长度均无明显差异(图4)。这也就基本排除了神经元本身再生能力导致miR-301a基因敲除后神经再生减缓的可能性。
图4 体外培养miR-301a基因敲除小鼠和野生型小鼠来源神经元的神经突起生长无明显差异
因为郭家松等近期曾经报道miR-301a基因敲除会削弱巨噬细胞的迁移与吞噬能力。巨噬细胞在神经损伤后的华勒变性过程有重要作用,而华勒变性又是为神经再生提供良好微环境的重要保障。所以团队接下来利用坐骨神经横断模型和体外神经外植块模型检测了miR-301a基因敲除对华勒变性进程的影响,结果在2种模型都发现miR-301a基因敲除组的华勒变性明显被抑制(图5)。值得注意的是在外植块模型中基本上是可以排除巨噬细胞的作用,这就提示miR-301a基因敲除可以通过调控许旺细胞的功能来影响华勒变性。
图5 miR-301a基因敲除抑制了横断损伤神经和神经外植块的华勒变性过程
于是实验通过了一系列体内外实验,结果证明了miR-301a基因敲除可抑制许旺细胞的迁移和吞噬能力,而在过表达miR-301a则明显促进许旺细胞的吞噬和迁移(图6和7)。
图6 miR-301a基因敲除抑制许旺细胞迁移能力,但转染miR-301a mimic可促进其迁移能力
图7 miR-301a基因敲除可抑制许旺细胞吞噬,而转染miR-301a mimic后会促进其吞噬能力
最后对相关的分子机制做了初步探究,通过关键分子的表达检测与逆转实验,结果提示miR-301a通过YY1/CXCR4信号通路调节许旺细胞的吞噬与迁移功能,进而影响了神经损伤后的华勒变性与再生修复过程。
图8 miR-301a通过YY1/CXCR4通路调控许旺细胞的迁移和吞噬能力
综上所述,该研究表明miR-301a在正常神经中低表达,但是在损伤后会高表达。miR-301a的表达对于周围神经损伤后的华勒变性和再生修复发挥着有重要的意义。敲除或抑制miR-301a及其相关讨论可能会对神经再生产生不利影响。当然该研究也存在一定性局限性。首先,该研究并没有应用许旺细胞特异性基因敲除小鼠,虽然研究采用了多种实验方法尽可能证明miR-301a可以通过影响许旺细胞功能而发挥作用,但是如果能采用条件敲除小鼠开展研究将能获得更具说服力的结论。另外,研究只是从YY1/CXCR4这条信号通路的角度阐述miR-301a的作用机制,尚不能排除还有其它信号通路也参与了miR-301a调控许旺细胞功能以及神经再生的作用。
原文链接:https://doi.org/10.4103/NRR.NRR-D-24-00081
参考文献
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