神經(jīng)遺傳性疾病，如1型神經(jīng)纖維瘤病(NF1)，可導(dǎo)致認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)障礙，傳統(tǒng)上被歸因于固有的神經(jīng)元缺陷，如突觸功能中斷。活性調(diào)節(jié)的少突膠質(zhì)可塑性也通過調(diào)節(jié)神經(jīng)環(huán)路動(dòng)力學(xué)來促進(jìn)認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能。然而，少突膠質(zhì)細(xì)胞的可塑性與NF1患者神經(jīng)功能障礙的相關(guān)性尚不清楚。

2024年5月30日，斯坦福大學(xué)神經(jīng)病學(xué)與神經(jīng)科學(xué)系的David H. Gutmann和Michelle Monje團(tuán)隊(duì)在 Nature neuroscience 雜志發(fā)表題為《Nf1 mutation disrupts activity-dependent oligodendroglial plasticity and motor learning in mice》的文章，表明少突膠質(zhì)細(xì)胞的可塑性對(duì)健康大腦正常的神經(jīng)功能至關(guān)重要，神經(jīng)遺傳疾病NF1的Nf1基因突變會(huì)擾亂適應(yīng)性少突膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)，這會(huì)損害少突膠質(zhì)細(xì)胞的動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)障礙。

1. NF1突變型OPC對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)的反應(yīng)受損

為了確定Nf1突變?nèi)绾斡绊慜PC對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)的適應(yīng)性反應(yīng)，作者構(gòu)建了遺傳上野生型(WT)等效， OPC特異性雜合型Nf1突變和OPC特異性Nf1-null。攜帶hSyn1啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的通道視紫紅質(zhì)2 (CHR2- EYFP)的腺相關(guān)病毒(aav)被注射到運(yùn)動(dòng)前皮層，以實(shí)現(xiàn)CHR2的神經(jīng)元表達(dá)。然后在運(yùn)動(dòng)前皮層的V層神經(jīng)元上方放置一個(gè)光學(xué)套管，這樣可以用藍(lán)光刺激CHR2表達(dá)神經(jīng)元的動(dòng)作電位。在藍(lán)光刺激下，小鼠被給予5-乙基-2 ' -脫氧尿苷(EdU)來識(shí)別分裂的細(xì)胞。光遺傳刺激3小時(shí)后，在包含受刺激神經(jīng)元軸突的額葉白質(zhì)突起(扣帶)中測量增殖的OPCs。研究結(jié)果表明Nf1突變的OPCs缺乏預(yù)期的對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)的適應(yīng)性增殖反應(yīng)，并支持Nf1在調(diào)節(jié)OPCs的穩(wěn)態(tài)密度方面的作用。

2. 缺乏經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)的少突膠質(zhì)發(fā)生

由于Nf1突變導(dǎo)致OPC失調(diào)，作者接下來詢問Nf1失活是否會(huì)損害OPC對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)背景下神經(jīng)元活動(dòng)的反應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)范式設(shè)置為復(fù)雜的滾輪有不均勻間隔的橫條，需要運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)才能使小鼠保持在滾輪上。隨著小鼠的學(xué)習(xí)，它們在觀察期間跑得越來越快。這種運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)任務(wù)誘導(dǎo)OPC增殖和新少突膠質(zhì)細(xì)胞的產(chǎn)生，這種活性調(diào)節(jié)的少突膠質(zhì)細(xì)胞形成對(duì)于復(fù)雜的車輪運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)是必要的。研究結(jié)果顯示，Nf1基因在OPC分化中起著關(guān)鍵作用，并在Nf1缺失的OPC中缺乏經(jīng)驗(yàn)依賴性少突膠質(zhì)細(xì)胞形成。

3. Nf1損失通過PI3K/ AKT活性產(chǎn)生OPC高密度

為了確定單等位基因Nf1失活是否也會(huì)導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)依賴性少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生的缺陷，作者接下來在7天復(fù)雜輪試驗(yàn)結(jié)束時(shí)分析了Nf1OPC-Het (Nf1fl/+;Pdgfra::Cre)小鼠的OPC動(dòng)態(tài)。有趣的是，作者觀察到Nf1OPC-Het小鼠整個(gè)大腦的焦區(qū)含有增加的OPC密度(局灶OPC高密度)。

在這些局灶性O(shè)PC高密度中，未觀察到小膠質(zhì)細(xì)胞(Iba1+細(xì)胞)、反應(yīng)性小膠質(zhì)細(xì)胞(CD68+ /Iba1+細(xì)胞)或反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞(Cxcl10+ /Sox9+細(xì)胞)的密度變化。作者也沒有在這些局灶性O(shè)PC高密度中檢測到衰老細(xì)胞(p21+細(xì)胞)或凋亡細(xì)胞(TUNEL+細(xì)胞)。病灶OPC高密度的大小似乎隨著年齡的增長而增加。作者發(fā)現(xiàn)，與相同大腦中OPC密度正常的區(qū)域相比，5周齡時(shí)局灶OPC高密度區(qū)域的OPC增殖短暫增加，而24周齡時(shí)則沒有。然而，通過EdU示蹤證實(shí)相對(duì)于非高密度區(qū)域，OPC病灶高密度區(qū)域的OPC生成新少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力降低，成年小鼠的OPC病灶高密度區(qū)域內(nèi)外的成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞密度沒有差異。相比之下，其他腫瘤抑制基因(如Trp53、Pten和Rb1)單等位基因失活的小鼠沒有表現(xiàn)出局灶性O(shè)PC高密度，這表明這種表型是NF1獨(dú)有的。

4. Nf1突變小鼠OPC功能障礙的誘發(fā)病因

作者想進(jìn)一步探索Nf1突變小鼠OPC功能障礙的誘發(fā)病因。首先，作者利用了一系列NF1突變小鼠菌株，這些菌株含有不同的雜合NF1患者衍生的種系NF1基因突變。使用這種方法，作者鑒定了一個(gè)品系(Nf1+/C383X)，其OPC高密度與通過將新霉素盒插入Nf1基因外顯子31 (Nf1+/neo)改造的Nf1雜合小鼠相似，而其他三個(gè)品系(Nf1+/R1809C, Nf1+/G848R和Nf1+/R1276P)沒有表現(xiàn)出OPC高密度。在所有這些NF1模型小鼠品系中，與OPC高密度發(fā)展無關(guān)，RAS活性升高。其次，作者檢測了PI3K-AKT信號(hào)，該信號(hào)在Nf1突變細(xì)胞中也異常。檢測WT和Nf1突變小鼠腦裂解物中AKT活性水平，作者發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于WT小鼠，AKT活性在形成OPC高密度的Nf1+/neo和Nf1+/C383X小鼠中增加了2倍以上，而在OPC高密度較少或很小的Nf1+/R1809C、Nf1+/G848R或Nf1+/R1276P小鼠中基本沒有變化。一致地，在具有NF1突變的人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)中，只有具有NF1C383X突變的OPCs，而沒有NF1R1809C突變的OPCs，相對(duì)于WT對(duì)照，表現(xiàn)出更高的AKT活性。第三，作者證明了使用NVP-BKM120在體內(nèi)抑制PI3K/AKT可以減少Nf1+/neo小鼠大腦中OPC高密度影響區(qū)域。綜上所述，這些數(shù)據(jù)表明，AKT的差異激活是Nf1突變小鼠OPC高密度發(fā)展的基礎(chǔ)。

5. Nf1突變小鼠表現(xiàn)出少突膠質(zhì)發(fā)育延遲

在觀察到Nf1缺失導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)依賴性少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育缺陷后，作者接下來使用EdU譜系追蹤研究了Nf1缺失是否會(huì)影響OPCs的基線少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生。在1月齡和4月齡的Nf1OPC-iKO小鼠中，作者觀察到相對(duì)于Nf1WT小鼠，OPC增殖增加，分化減少，4月齡小鼠的差異較小。接下來，作者研究了從Nf1OPC-iKO和Nf1WT幼鼠中分離的OPCs的少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系進(jìn)展。使用標(biāo)準(zhǔn)的OPC分化實(shí)驗(yàn)，在體外，OPC中Nf1的缺失(單等位基因和雙等位基因)減少了少突膠質(zhì)細(xì)胞的形成。總的來說，在進(jìn)行復(fù)雜輪試驗(yàn)中，在Nf1突變小鼠中沒有觀察到基線少突膠質(zhì)細(xì)胞密度或髓鞘形成的總體缺陷。作者猜測在Nf1突變小鼠中，正常的髓鞘形成是在成年期實(shí)現(xiàn)的，而活性調(diào)節(jié)的少突膠質(zhì)形成仍然受損。這些數(shù)據(jù)表明，在Nf1突變小鼠中觀察到的在復(fù)雜輪測試后OPC增殖和分化的基線異常導(dǎo)致了OPC/少突細(xì)胞表型，而活性相關(guān)反應(yīng)的失敗意味著神經(jīng)元活動(dòng)不能克服這種少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生缺陷。

6. OPCs的Nf1缺失導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)缺陷

作者發(fā)現(xiàn)所有的Nf1OPC-Het小鼠表現(xiàn)出與Nf1WT小鼠相似的運(yùn)動(dòng)性能。由于Nf1OPC-Het小鼠的高密度OPC區(qū)域表現(xiàn)出經(jīng)驗(yàn)依賴性少突膠質(zhì)發(fā)育受損，作者將局灶性O(shè)PC高密度的大小和位置與小鼠運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)相關(guān)聯(lián)。帶內(nèi)OPC高密度的Nf1OPC - Het小鼠在復(fù)雜輪試驗(yàn)結(jié)束時(shí)表現(xiàn)出較低的跑步速度(跑步距離為6.5 km和7 km)。這一發(fā)現(xiàn)表明，皮層下運(yùn)動(dòng)投射的局灶性O(shè)PC高密度程度與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)呈負(fù)相關(guān)，表明經(jīng)驗(yàn)依賴性少突膠質(zhì)形成在這些局灶性O(shè)PC高密度中受損。

總結(jié)

在這項(xiàng)研究中，作者證明了雜合的Nf1突變體和Nf1缺失的OPCs對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)缺乏適當(dāng)?shù)脑鲋撤磻?yīng)，Nf1缺失的OPCs在經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo)的少突膠質(zhì)細(xì)胞形成中表現(xiàn)出損傷。在OPC特異性雜合Nf1突變小鼠的大腦中，作者發(fā)現(xiàn)局灶性O(shè)PC高密度，在這些高密度中的OPC表現(xiàn)出受損的經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo)的少突膠質(zhì)發(fā)生。此外，僅OPCs的Nf1缺失就足以導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)缺陷。總的來說，作者的研究結(jié)果提供了神經(jīng)遺傳疾病中少突膠質(zhì)可塑性和認(rèn)知功能之間的機(jī)制聯(lián)系，提出了與NF1和OPC功能相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

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