白质受损后,活跃的前额叶怎样帮助修复?
慢性低灌注雄鼠中,前额叶细胞激活改善工作记忆及胼胝体髓鞘相关指标;成熟少突胶质细胞增多,Wnt2实验提供候选机制。
神经信号传得快,既靠细胞放电,也靠轴突外的髓鞘。慢性供血不足损伤白质后,这层包裹与记忆表现会怎样相连?2022年12月18日在线发表于 Advanced Science 的研究,在双侧颈动脉狭窄的小鼠模型中,激活内侧前额叶(mPFC)的谷氨酸相关细胞。团队沿着穿过胼胝体的轴突,观察到工作记忆、髓鞘结构和少突胶质细胞成熟状态的改善,并把机制追踪到Wnt2信号。研究将皮层细胞的活动与白质修复联系起来:神经元不仅使用既有线路,也可能通过细胞间信号影响线路周围的包裹。
前额叶激活与髓鞘修复、细胞成熟及工作记忆改善相伴;Wnt2上调、过表达和培养实验进一步连接神经元活动与髓鞘细胞成熟。
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记忆变化,与白质损伤相伴
模型建立后,胼胝体髓鞘染色及相关蛋白变化,与迷宫中的记忆表现相关。团队选择前额叶,是因为其浅层细胞的投射穿过胼胝体。重复激活这些细胞后,Y迷宫和T迷宫的交替表现提高,开放场移动路程、中央区及角落停留没有显著变化。
迷宫交替观察小鼠怎样利用刚刚经历的信息,主要反映短时工作记忆。脑片中,模型鼠细胞兴奋性与微小兴奋性突触电流下降,激活后相关指标改善。行为变化因此伴随细胞功能的改变,而非单纯更多移动。
来源:Deng S et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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轴突外的包裹,出现结构改善
白质是否也跟着改变?胼胝体连接左右大脑半球,是跨半球信息交流的重要通道。胼胝体黑金染色显示,模型组髓鞘信号减少,前额叶激活后改善。髓鞘相关蛋白MBP、MAG的染色与蛋白检测同样提高,使行为背后的组织变化有了多个观察角度。
电子显微镜进一步看到,有髓鞘轴突所占比例提高,反映相对包裹厚度的g-ratio指标下降。这些结构结果支持髓鞘状态改善;不同组织指标相互呼应,从蛋白信号到轴突包裹,描绘了这段白质的状态变化。
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换一种激活方式,组织与传导指标呼应
化学遗传激活获得相近方向的工作记忆与组织改善。扩散影像中,胼胝体的各向异性指标在模型组降低,激活后升高;染色、蛋白及电子显微观察也支持髓鞘相关变化。影像与组织证据共同描绘了白质状态。
脑片的胼胝体复合动作电位记录中,与有髓快速传导相关的早期峰幅度增加。它说明受测的群体传导响应改善,提供了结构之外的功能观察。这让图像中的髓鞘变化,进一步对应到可记录的线路响应。
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更多细胞走向成熟,增殖并未同步增加
髓鞘来自少突胶质细胞。团队用谱系与成熟标记区分状态,发现模型鼠成熟细胞比例及密度下降,前额叶激活后提高,未成熟相关细胞密度则下降。两种激活方式都呈现这一方向。
增殖标记、部分新生细胞总数及死亡标记没有明显变化,而新标记细胞中的成熟比例提高。变化更集中在细胞走向成熟,而非简单扩大增殖量。谱系细胞总数也有增加,作者讨论了迁移的可能,迁移过程本身尚未被直接追踪。
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神经元与髓鞘细胞之间,Wnt2进入视野
为了寻找细胞间信号,团队筛查激活后的前额叶基因表达,并复核候选分泌相关分子。Wnt2在两种激活条件下都升高;染色在前额叶与胼胝体观察到更多相关蛋白,部分沿轴突分布。少突胶质谱系细胞中,Wnt通路相关β-catenin表达也提高。
这些结果让Wnt2成为候选桥梁:活跃的神经元可能通过可溶性信号影响附近髓鞘细胞。轴突上的蛋白分布支持这一思路,实际释放的时间与数量还没有被直接记录。团队随后用提高Wnt2表达来检验它能否推动相似变化。
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提高Wnt2,重现一部分修复方向
在模型鼠前额叶提高Wnt2表达,工作记忆、扩散影像和髓鞘结构指标改善,成熟少突胶质细胞增多,开放场移动与区域停留基本不变。培养实验中,在已有分化刺激的条件下加入Wnt2,相关髓鞘蛋白提高;Wnt信号拮抗削弱了这一增强效应。
过表达与培养结果支持Wnt2的促进作用,但尚未检验阻断体内Wnt2是否消除前额叶激活的改善。研究主要来自八周龄入组的雄鼠,提示慢性低灌注后的神经活动与髓鞘细胞成熟可以相互联系;老龄动物及更完整的因果链,仍是这一修复故事的下一步。
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