芬戈莫德促进神经干细胞增殖和成体神经发生的机制研究

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芬戈莫德(FTY720)是2010年被FDA批准的第一个口服治疗多发性硬化症的免疫抑制药物。芬戈莫德是在从冬虫夏草菌液中提取的天然产物ISP-1的基础上进一步优化结构得到的小分子化合物。其在体内被磷酸化后形成的活性形式——磷酸芬戈莫德(FTY720-P)是体内一类重要的磷脂类信号分子磷酸鞘氨醇(S1P)的结构类似物,磷酸鞘氨醇在体内通过磷脂代谢形成,与其GPCR受体家族S1P受体(S1PRs)结合广泛参与调节细胞增殖,分化,迁移等活动。芬戈莫德在多发性硬化症中的治疗作用已被广泛证实是其免疫抑制效应与神经保护作用的双重结果。大量实验证实芬戈莫德在体内以及体外实验中表现出S1P受体调节剂的活性,在很多神经系统疾病细胞模型以及动物模型中表现出神经保护作用。  神经干细胞(NSCs)是一类成体干细胞,有自我更新和多向分化的潜能。按照神经干细胞所处时期的不同可以分为胚胎期神经干细胞以及成体神经干细胞。胚胎期神经干细胞参与大脑发育,时间空间受到严格调控从而发育形成脑组织复杂的网络结构,成体神经干细胞主要分布在两个部位:侧脑室的室管膜下区(SVZ)以及海马的齿状回(DG)区域。很多中枢神经系统疾病尤其是退行性疾病是由于神经细胞不可逆死亡造成的,而在很多情感类精神障碍,譬如抑郁,成瘾,和年龄的增长都伴随着成体神经发生的减弱,产生相应认知功能的障碍,所以在体内体外控制神经干细胞的增殖分化在神经系统疾病治疗中有重要的意义。  磷酸鞘氨醇最先从脑组织中发现,磷酸鞘氨醇受体在中枢神经系统广泛分布。芬戈莫德在神经系统细胞中有广泛的调节作用,包括分化,成熟,迁移等。但是芬戈莫德对神经干细胞的调节作用报道较少。我们在体外细胞培养水平以及体内动物实验包括疾病模型中考察芬戈莫德对神经干细胞以及成体神经发生的影响。我们利用BrdU掺入实验以及神经球形成实验证实芬戈莫德能够利用剂量依赖性的促进体外培养的大鼠胚胎海马神经干细胞增殖,利用受体特异性激动剂与抑制剂进行的机制研究表明其作用机制与Erk信号通路和S1P1受体的激活相关。此外利用Tunel实验发现芬戈莫德能够抑制神经干细胞凋亡,促进其存活,且作用机制不依赖于S1P受体以及MAPK通路,主要与芬戈莫德促进神经干细胞表达BDNF生长因子相关。而对神经干细胞的分化,芬戈莫德没有产生明显影响。在体内实验中,利用BrdU以及Ki67标记新生细胞发现芬戈莫德能够促进成年C57BL/6小鼠体内成体神经发生,促进SVZ区以及DG区神经干细胞增殖,对海马区增殖神经干细胞的长时间观察表明芬戈莫德作用下,海马区域新生神经元数量明显增加。利用水迷宫以及条件恐惧行为学评价实验我们进一步证明芬戈莫德作用下增殖的神经干细胞有一定的功能学意义,小鼠海马相关的学习记忆能力提高。最后,我们在两种疾病动物模型:脱髓鞘动物模型(EAE)以及缺血性脑中风动物模型(MCAO)中考察在损伤状态下,芬戈莫德对成体神经发生的影响。在这两种疾病模型中,芬戈莫德都表现出了很好的治疗作用,同时能够促进成体神经干细胞的增殖。  我们的实验为体外调控神经干细胞增殖提供了新的作用靶点,对芬戈莫德在疾病治疗中的作用提供了新的思考角度,芬戈莫德能够促进成体神经发生,这也拓宽了其在疾病治疗中的应用,在海马神经发生受损的疾病中,包括由于年龄增加造成的认知障碍,精神疾病,以及神经退行性疾病中,芬戈莫德都可能表现出一定的治疗作用。
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