中大新聞網(wǎng)訊（通訊員張玉琦）2024年8月24日，中山大學曾園山團隊聯(lián)合廣東省人民醫(yī)院李戈團隊在國際期刋Chemical Engineering Journal上在線發(fā)表了題為：The LINGO-1-deficient neural stem cell-derived neural tissueoid showed enhanced retention and neuronal relay in the transected spinal cord的研究成果。該研究表明，敲低跨膜蛋白LINGO-1可以減少移植的神經(jīng)類組織細胞死亡，保存了更多的神經(jīng)元，它們在脊髓損傷/移植處重建了中繼腦源性神經(jīng)信息的節(jié)段性神經(jīng)通路 (附圖)。
附圖: LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織移植在全橫斷脊髓損傷/移植處重建了中繼腦源性神經(jīng)信息的節(jié)段性神經(jīng)通路。全橫斷脊髓損傷后，LINGO-1通過增加cle-Capase-3導致細胞死亡，并與TrkC相互作用，降低PI3K/AKT/CREB軸的磷酸化，引起突觸降解。CRISPR-Cas9介導的LINGO-1缺失將促進供體神經(jīng)元TrkC二聚體的形成和磷酸化，并激活下游經(jīng)典的突觸形成信號通路。
嚴重的脊髓損傷會導致節(jié)段性脊髓組織損毀，中斷了傳導上、下行神經(jīng)信息的神經(jīng)通路，造成患者運動和感覺障礙，致殘率極高，至今還沒有有效的治療方案。因此，脊髓損傷修復仍是當今世界性醫(yī)學難題。隨著組織工程類組織制造技術的不斷創(chuàng)新，基于干細胞策略誘導制造的具有突觸傳遞功能的神經(jīng)類組織 (neural tissueoid)，能夠有效替換損毀的脊髓組織，為全橫斷脊髓損傷/移植處重建節(jié)段性神經(jīng)通路提供了可能。然而，嚴重的脊髓損傷微環(huán)境不利于移植的神經(jīng)類組織長期存活。因此，尋找促進神經(jīng)類組織在脊髓損傷/移植處長期存活的關鍵靶點至關重要，這對推動脊髓損傷修復的基礎和臨床轉化研究具有重要的科學意義。
研究團隊通過對受損傷脊髓組織細胞和移植神經(jīng)類組織細胞的觀察，發(fā)現(xiàn)脊髓損傷后跨膜蛋白LINGO-1顯著上調，這一過程伴隨著程序性細胞死亡相關分子和跨膜蛋白TrkC基因Ntrk3(NT-3受體基因)的高表達。進一步的單細胞數(shù)據(jù)分析結果顯示，LINGO-1與TrkC共定位于神經(jīng)元等細胞中，在脊髓損傷后具有相似的表達譜。它們能夠通過非共價鍵相互結合，激活下游Caspase-3蛋白，這一過程伴隨著抑制TrkC磷酸化介導的經(jīng)典PI3K/AKT突觸形成信號通路，表明LINGO-1可能是引起細胞死亡和抑制突觸形成的關鍵靶點。進一步借助CRISPR-Cas9技術，建立LINGO-1敲低的神經(jīng)干細胞并將其種植于NT-3緩釋三維支架中，在體外誘導自組織形成LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織。該神經(jīng)類組織具有突觸和髓鞘形成潛能，保留了神經(jīng)組織的多樣性和神經(jīng)元的功能活性，具有抗凋亡能力。然后，研究團隊將LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織移植到全橫斷脊髓損傷處，兩個月后，觀察到大鼠皮質運動誘發(fā)電位和癱瘓后肢運動功能有明顯改善。此外，該神經(jīng)類組織細胞可以更多地存活并駐留于損傷/移植處。同時，在損傷/移植處觀察到移植細胞周圍富集神經(jīng)營養(yǎng)素-3 (NT-3)，顯示出持續(xù)的神經(jīng)保護和突觸形成信號激活，促進更多的移植神經(jīng)元與下行的5-HT陽性神經(jīng)纖維及上行的CGRP陽性神經(jīng)纖維建立功能性連接。最后，研究團隊通過PRV跨多突觸逆行神經(jīng)通路示蹤揭示，這種新穎的LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織的神經(jīng)元可以將腦源性信息中繼至損傷/移植處尾側端脊髓固有神經(jīng)元，起到了神經(jīng)元中繼器 (neuronal relayer) 的作用 [注：神經(jīng)元中繼器 (又稱內、外源性神經(jīng)元) 是脊髓損傷/移植處的結構和功能單位，主要由神經(jīng)干細胞分化而來。這類神經(jīng)元接收和整合多個輸入電信號后通過其突觸前膜電壓門控型離子通道的開啟，將生物電信號傳遞給突觸后神經(jīng)元并調整其活動狀態(tài)。引自：解剖學雜志，2024, 47：86]。
綜上所述，該研究闡明全橫斷脊髓損傷后，LINGO-1的高表達阻斷了TrkC (NT-3受體) 二聚體的形成，導致神經(jīng)元死亡。CRISPR-Cas9介導的供體神經(jīng)元中的LINGO-1缺失促進了其TrkC二聚體的形成和磷酸化，從而激活了經(jīng)典的突觸形成信號通路。NT-3遞送支架中的LINGO-1缺失型神經(jīng)類組織增強了供體神經(jīng)元的存活、節(jié)段性神經(jīng)通路的重建及其腦源性神經(jīng)信息的中繼。
曾園山教授和李戈研究員為共同通訊作者。李戈研究員、黃莉鈞博士及張寶博士后為該研究論文的共同第一作者，該研究受國家自然科學基金項目和廣東省自然科學基金項目等項目資助。
