2020年3月24日

增强细胞能量可促进脊髓神经愈合

乍看上去

  • 经过工程改造的小鼠缺乏一种可以在受伤的神经细胞中锚定线粒体的蛋白质,显示脊髓损伤后这些细胞会再生。
  • 研究结果表明,提高细胞能量水平可以帮助受损的成年神经细胞自我修复。
线粒体的3D插图 此处说明的线粒体提供了神经细胞在受伤后再生其轴突所需的能量。 wir0man / iStock / Getty Images Plus

每年,全球多达一百五十万人遭受脊髓损伤。这种伤害可能会损坏附近的一些,许多或几乎所有轴突,即在大脑和身体其他部位之间的脊髓上,下传递信号的神经细胞的延伸。遭受严重脊髓损伤的人经常会终生残疾。

损伤后,脊髓中的成年神经细胞不会再生。为什么不这样做以及如何鼓励他们这样做是广泛研究的领域。轴突需要大量能量才能再生。 Drs。领导的团队。美国国立卫生研究院国家神经疾病与中风研究所(NINDS)的祖祖航和印第安纳大学的许小明提出,受伤的神经细胞能量不足可能会导致修复和再生受损。

线粒体的结构提供了细胞的大部分能量。在神经细胞轴突中,线粒体通过一种称为突触蛋白的蛋白锚定在其斑点上。如果轴突受伤,该蛋白可防止线粒体移动到受损区域。

为了测试操纵突触核蛋白是否可以促进神经细胞修复,研究人员设计了缺乏这种蛋白质的小鼠。他们测量了这些小鼠是否能够更好地从三种不同类型的脊髓损伤中恢复过来。该研究部分由NINDS资助。结果于2020年3月3日发布于 细胞代谢.

轴突再生接受肌酸治疗的小鼠在整个损伤部位(底部)的轴突再生能力高于未接受损伤的小鼠(顶部)。 Han等,细胞代谢

正如预期的那样,受损的轴突在中度脊髓损伤后不会在正常小鼠中再生。缺乏突触蛋白的小鼠轴突能够重新长出损伤部位,并与其他神经元形成功能连接。在一种类型的伤害之后,没有突触蛋白的小鼠比正常小鼠的肢体敏捷性恢复更高。随后,缺乏中突触蛋白的小鼠附近的神经细胞分支进入损伤部位,而正常小鼠则没有。

研究小组还发现,没有突触胶的小鼠的轴突再生经历了严重的脊髓损伤。但是,仅缺乏蛋白质不足以诱使轴突长出受伤的组织。这表明在严重的脊髓损伤部位可能需要其他条件以促进轴突修复。

研究人员接下来测量了脊髓损伤后线粒体的数量和健康状况。他们发现,缺乏突触蛋白的小鼠受伤后一周,其神经细胞中的线粒体没有比正常小鼠多,但线粒体更健康。

为了研究直接增强能量产生是否可以促进轴突修复,研究小组在脊髓损伤后向小鼠喂食了一种名为肌酸的化合物。肌酸可以从血液进入神经系统,并增加线粒体产生的能量水平。

饲喂肌酸的正常小鼠显示出一定的轴突再生长,尽管大多数新轴突并没有远离损伤。尽管所见的修复程度不高,但饲喂肌酸的小鼠肢体敏捷性有所改善。缺乏肌钙蛋白的小鼠进食肌酸时表现出更大的改善。

“这些发现支持了我们的假设,即能量不足阻碍了中枢神经系统和周围神经系统在受伤后的修复能力,” Sheng说。

由于肌酸给药后轴突修复尚不充分,因此还需要进一步的研究来鉴定能更有效地增强中枢神经系统能量的化合物。

相关链接

参考文献: 恢复细胞能量学可促进脊髓损伤后轴突再生和功能恢复。 韩Q,谢Y,Ordaz JD,Hu AJ,黄N,吴W,刘N,张伯伦KA,盛正,徐新民。 细胞代谢。 2020年3月3日; 31(3):623-641.e8。 doi:10.1016 / j.cmet.2020.02.002。 PMID:32130884。

资金: 美国国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所(NINDS);美国退伍军人事务部;印第安纳州脊髓和脑损伤研究基金会; Mari Hulman乔治捐赠基金。