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少突胶质细胞是中枢神经系统成髓鞘细胞,其生物膜包绕轴突形成髓鞘,髓鞘的形成大大加快神经信号在轴突上的传导,维持正常的神经功能。而临床上一些中枢神经系统的疾病往往累及到髓鞘,导致髓鞘的脱落和丧失,造成神经传导的障碍和丧失,最终导致神经元的死亡。目前脱髓鞘疾病仍无有效的治疗方案。大量的研究发现脱髓鞘疾病中细胞外微环境发生改变,不利于髓鞘的再生,其中包括纤连蛋白(Fibronectin,FN)的增加、聚集。纤连蛋白影响少突胶质细胞发育,而目前对纤连蛋白在少突胶质细胞再生过程中的作用仍存在一些争议,我们设计了一系列实验确定纤连蛋白在少突胶质细胞发育和再生过程中的作用,并寻找合适的新方法来促进髓鞘发育和损伤再生。 目的: 本研究确定纤连蛋白对少突胶质细胞发育的作用,及其影响的信号通路;在此基础上,探讨促进少突胶质细胞分化和髓鞘再生的新型方法,为脱髓鞘疾病治疗开辟新的途径。 方法: (1)少突胶质细胞前体细胞(OPCs)原代细胞培养,经过两次差速贴壁方法进行纯化,获得较高纯度的OPCs。 (2)利用免疫荧光技术在OPCs增殖过程中检测NG2、Olig2、Ki67的表达情况,分析不同基质处理后细胞纯度、细胞数目和增殖率;分化不同阶段检测CNP、MBP的表达,分析不同基质处理组中CNP、MBP表达比例。 (3)免疫荧光染色,进行细胞形态学分析,包括分形维数、成环结构、网状结构、膜性结构和实质髓鞘膜性结构,判断少突胶质细胞(OLs)的分化程度,并且定量检测总的荧光强度、平均荧光强度和形成髓鞘膜的面积。 (4)利用实时定量PCR检测不同基质分化不同阶段CNP、MBP的mRNA表达水平,以及少突胶质细胞发育不同阶段整合素的表达变化。 (5)RNA-seq检测分化早期和晚期整合素不同亚基的表达变化。 (6)利用蛋白免疫印迹技术检测相关蛋白表达情况:OPCs增殖阶段检测了CyclinD1、Cleaved-caspase3蛋白表达,及Erk1/2和Akt信号通路相关蛋白表达;OLs分化阶段检测了CNP、MBP的蛋白表达,及Erk1/2和Akt信号通路相关蛋白表达。 结果: (1)增殖过程中,FN的处理能增加细胞总数和OPCs数目,Ki67+细胞比率增加;FN促使CyclinD1、P-Akt、P-S6K蛋白表达水平增加,但不影响Cleaved-caspase3蛋白表达水平。 (2)FN处理使OLs分化过程中细胞分枝分叉、成环比例、膜性结构占比明显降低,CNP、MBP蛋白和mRNA水平表达下降。同时也降低了形成髓鞘膜的面积和膜上MBP分子的信号强度。在分化早期FN的处理降低了P-Erk1/2的蛋白表达,中晚期降低了P-Akt、P-CREB的蛋白表达。 (3)增殖过程中,多聚鸟氨酸(Poly-L-omithine,PLO)不影响细胞总数、OPCs数目和Ki67+细胞比率;PLO也不影响CyclinD1、Cleaved-caspase3、P-Akt、P-S6K蛋白表达水平。 (4)PLO使OLs分化过程中细胞分枝分叉、成环比例、膜性结构占比明显增高,CNP、MBP蛋白和mRNA水平表达增高,同时也增加了形成髓鞘膜的面积和膜上MBP分子的信号强度。分化早期增加了P-Erk1/2的蛋白表达,中晚期增加了P-Akt、P-CREB的蛋白表达。 (5)PLO和FN联合应用促进OPCs增殖,效果与FN单独应用相似。 (6)PLO和FN联合应用促进OLs分化,效果与PLO作用相似,能逆转FN的负性效果。 (7)RAN-seq及q-PCR结果显示,在少突胶质细胞发育不同阶段,FN的相关整合素受体αv、β1、β3、β5表达发生明显的变化,呈现动态的表达过程。 结论: (1)纤连蛋白促进OPCs的增殖,其机制可能是通过激活PI3K/Akt/S6K信号通路,进而活化cyclin D1促进细胞增殖。 (2)纤连蛋白抑制OLs的分化,其机制较为复杂,分化早期可能影响到Erk1/2信号通路,中晚期可能影响到Akt/CREB信号通路,从而抑制髓鞘分子(CNP和MBP等)的表达。纤连蛋白在不同阶段能够影响不同的信号通路,这可能与整合素在少突胶质细胞分化不同阶段的动态表达有关。 (3)多聚鸟氨酸不影响OPCs的增殖,和纤连蛋白联合应用不影响纤连蛋白对OPCs增殖的促进作用。 (4)多聚乌氨酸促进OLs分化,与纤连蛋白联用能逆转纤连蛋白对OLs分化的抑制作用,其机制可能是通过逆转纤连蛋白对Erk1/2(分化早期)、Akt/CREB(分化中晚期)信号通路的负性影响,从而增加髓鞘分子的表达,促进OLs的分化。 (5)多聚鸟氨酸未来可以作为潜在的治疗手段,来逆转脱髓鞘疾病中纤连蛋白局部积聚造成的髓鞘再生障碍。