P2Y4受体信号通路调控雪旺氏细胞迁移对面神经再生的作用

来源 :第二军医大学 中国人民解放军海军军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haoge2919
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在临床上,面神经损伤常常引起面瘫等功能缺陷,虽然目前损伤后的外科修复取得了较好的效果,但面肌功能恢复仍难以达到理想的状态,对患者的生活造成很大的影响。  嘌呤核苷酸及其产物作为一种特殊的神经递质,与不同的嘌呤能受体亚型结合后,通过激活多种信号通路参与神经系统的发育、髓鞘形成、损伤后轴突再生和髓鞘重塑等过程。其中属于G蛋白偶联受体家族的嘌呤能受体P2Y家族成员在SC功能调控机制中发挥特定的作用。我们的前期研究表明在兔喉返神经损伤后再生过程中,强烈表达P2Y4受体的SC向损伤部位迁移,形成SC条带包绕新生轴突并诱导其定向生长,神经再生完成后P2Y4受体表达下调至正常水平,提示P2Y4受体激活可能通过调控SC迁移促进神经的再生,但确切的作用和可能的信号转导机制还有待进一步的研究和探讨。  本课题拟构建面神经损伤再生及P2Y4受体激动/拮抗药物干预的动物模型,明确P2Y4受体在面肌功能恢复中所起的作用;探讨P2Y4受体调控SC迁移对面神经轴突再生的作用及可能分子机制;阐明P2Y4受体调控SC定向迁移促进神经再生的可能信号转导机制。  本研究共分为以下四个部分:  第一部分 构建面神经损伤神经再生室及P2Y4受体药物干预的稳定动物模型  目的:构建稳定可靠的面神经损伤再生动物模型并给予P2Y4受体药物干预,以确保本课题动物实验的顺利完成。  方法:选取健康成年雄性SD大鼠90只,随机分为三组:生理盐水(normal saline,NS)对照组、P2Y4受体激动剂组和P2Y4受体拮抗剂组,设定术后1、2、3、4、6周5个时间点,每组每个时间点各6只动物。在手术显微镜下切断右侧面神经主干后以Neurolac可吸收共聚高分子外周神经套接管桥接形成神经再生室,同时采用ALZET植入式胶囊渗透压泵进行药物干预。左侧面神经作为正常对照侧,不做手术处理。  结果:上述模型中各组动物术后健康状况良好,干预药液均能持续定量缓释至面神经再生室周围。  结论:大鼠面神经损伤修复模型是研究周围神经再生和功能恢复的经典动物模型之一,其较为粗大,易暴露、易操作,所需试剂及材料均有商品化产品,可方便购得,结果易于观察和量化分析;此动物模型稳定、易于复制,为后续的实验奠定了基础。  第二部分 面神经再生过程中P2Y4受体促进面肌功能恢复的研究  目的:研究面神经再生过程中P2Y4受体在面肌功能恢复过程中的作用。  方法:上述动物模型6周后大体观察各组动物面肌运动恢复情况;采用诱发肌电图检测并记录面肌动作电位的最大幅度、潜伏期;通过面肌Masson染色观察单位面积内的肌纤维数目和平均直径;采用神经干甲苯胺蓝染色观察再生面神经有髓神经纤维的数目;通过透射电镜观察再生面神经的超微结构。  结果:大鼠术后即出现右侧面瘫现象,术后6周时各组面肌功能均有不同程度的恢复,但均无法恢复至正常水平,对照组、激动剂组和拮抗剂组面肌诱发电位最大振幅分别恢复至正常水平的70.6%、84.4%、54.1%;单位面积内面肌纤维数目和平均直径分别为正常对照侧的72.7%和69.5%、85.7%和86.0%、54.7%和53.4%;单位面积内有髓神经纤维数目分别为正常对照侧的72.9%、83.6%和56.9%,有髓神经纤维平均直径和髓鞘厚度分别为正常对照侧的69.8%和66.3%、79.1%和77.5%、48.5%和50.6%,差异均有统计学意义(P<0.05)。但P2Y4受体激动剂组面肌功能及面神经、面肌形态检测指标均较NS对照组恢复更好,而P2Y4受体拮抗组的恢复程度则明显差于NS对照组和P2Y4受体激动剂组,差异均有统计学意义(P<0.05)。  结论:激活P2Y4受体能明显促进面神经再生,从而促进面肌功能恢复。  第三部分 面神经再生过程中P2Y4受体促进SC迁移及轴突诱向再生的分子生物学研究  目的:分析面神经再生过程中神经再生室内再生轴突与SC定向迁移并排列成SC细胞管的时空改变,探讨P2Y4受体调控SC迁移对面神经轴突再生的作用及可能分子机制。  方法:上述动物模型在术后1、2、3、4、6周5个不同的时间点切取面神经再生室及远端分支,采用双重免疫荧光标记及Peggy Sue微量蛋白定量分析、RealTime-PCR等分子生物学研究方法,观测P2Y4受体在SC迁移、髓鞘重塑过程中表达的时空改变,检测神经细胞粘附分子NCAM、SC迁移相关蛋白(细胞骨架蛋白Vimentin)以及髓鞘碱性蛋白MBP表达的时空改变。  结果:免疫荧光结果与微量蛋白定量分析和基因表达分析结果相一致,显示大鼠正常面神经P2Y4R、vimentin、NCAM的表达均较弱;在NS对照组,术后早期其表达均明显增强,其中P2Y4R和vimentin在术后2周、NCAM在术后1周时表达达高峰,P2Y4R、vimentin、NCAM在术后1、2、3周的表达与正常对照侧相比差异均有统计学意义(P<0.05),并在术后4、6周表达下调至接近正常水平,与正常对照侧相比均无明显统计学差异(P>0.05)。而正常面神经中MBP表达强烈,分布于髓鞘表面;在NS对照组,其在术后1周、2周表达均较弱;术后3周表达开始显著增强;至术后4、6周强烈表达,6周时达高峰,MBP在术后1、2、3、4、6周的表达与正常对照侧相比差异均有统计学意义(P<0.05)。激动剂组、拮抗剂组在术后各个时间点上述四个分子表达强度的规律性与NS对照组一致,但在术后1、2、3周,P2Y4R、vimentin、NCAM在P2Y4受体激动剂组的表达强度均较同一时间点NS对照组明显增高,而在P2Y4受体拮抗剂组其表达强度则均较同一时间点NS对照组明显减弱,差异均有统计学意义(P<0.05);在术后4、6周,其在激动剂组、NS对照组和拮抗剂组之间的表达强度均无明显统计学差异(P>0.05);而MBP在术后1、2周低表达时,在激动剂组、NS对照组和拮抗剂组之间的表达强度均无明显统计学差异(P>0.05),在术后3、4、6周,其在P2Y4受体激动剂组的表达强度均较同一时间点NS对照组明显增高,而在P2Y4受体拮抗剂组其表达强度则均较同一时间点NS对照组明显减弱,差异均有统计学意义(P<0.05)。  结论:神经损伤早期P2Y4受体被激活,可以通过调控细胞骨架重排和细胞间的粘附作用促进SC的迁移能力和轴突的延伸,从而促进髓鞘的形成和神经的再生;而阻断P2Y4受体则引起再生的有髓神经纤维数量减少,抑制神经的再生。  第四部分 嘌呤能受体P2Y4调控SC迁移的信号转导机制  目的:阐明P2Y4受体通过调控SC迁移能力促进面神经轴突再生及功能恢复的可能信号转导机制。  方法:观察术后1、2、4周面神经再生室内的神经再生状况;采用双重免疫荧光检测不同处理因素下PI-3K、p38MAPK、ERK1/2和RhoA等信号分子表达的时空改变;取面神经远端分支,Peggy Sue微量蛋白定量分析上述信号分子表达的时间改变,检测其活性改变对SC定向迁移及轴突再生的作用。  结果:免疫荧光与微量蛋白定量分析结果相一致,显示上述信号分子主要位于SC,正常面神经上述信号分子均只有少量的表达;在NS对照组,ERK1/2、p38MAPK、RhoA在术后早期表达急剧上升,在1周时即达峰值,2周有所下降,1、2周时的表达与正常对照侧相比,差异均有统计学意义(P<0.05);在术后4周已回到正常水平,与正常对照侧相比,差异均无统计学意义(P>0.05);而PI3K在术后1周的表达最高,并一直持续到2周,4周时虽有所下降,但仍能维持一定水平,1、2、4周与正常对照侧相比,差异均有统计学意义(P<0.05)。激动剂组、拮抗剂组在术后各个时间点上述四个信号分子表达的规律性与NS对照组一致,但在术后1、2周,ERK1/2、p38MAPK、RhoA在P2Y4受体激动剂组的表达强度均较同一时间点NS对照组明显增高,而在P2Y4受体拮抗剂组其表达强度则均较同一时间点NS对照组明显减弱,差异均有统计学意义(P<0.05),在术后4周,其在激动剂组、NS对照组和拮抗剂组之间的表达均无明显统计学差异(P>0.05);PI3K在术后1、2、4周在P2Y4受体激动剂组的表达强度均较同一时间点NS对照组明显增高,而在P2Y4受体拮抗剂组其表达强度则均较同一时间点NS对照组明显减弱,差异均有统计学意义(P<0.05)。  结论:ERK/MAPK、PI3K/Akt、p38MAPK和RhoA/ROCK信号通路在面神经损伤后被激活,且ERK1/2、p38MAPK、RhoA和PI3K的表达具有各自的时间效应,不同的信号通道在不同时间被激活,这可能与神经再生的调节有显著的关系。此外,激活P2Y4受体上述四个信号分子表达显著增加,阻断P2Y4受体,其表达显著减少,也说明面神经损伤后P2Y4受体对这几个信号通路的调控作用。  综上所述,嘌呤核苷酸及其产物作为一种特殊的神经递质与P2Y4受体结合后,可能通过调控PI-3K、p38MAPK、ERK1/2和RhoA/ROCK等多条信号转导通路,促进神经粘附因子NCAM和Vimentin等下游细胞骨架蛋白的表达,导致雪旺氏细胞骨架周期性调整重排等迁移表型的改变、轴突的延伸和髓鞘的形成,为SC定向迁移促进轴突再生提供了新的理论依据,也为寻找新的药物作用靶点、促进面神经等外周神经再生提供了新的治疗策略和理论依据。
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