SVN：fMOST助力腦出血后神經(jīng)突修復(fù)機(jī)制研究

2023-03-23

駱清銘院士和龔輝教授帶領(lǐng)MOST團(tuán)隊(duì)發(fā)明的顯微光學(xué)切片斷層成像系列技術(shù)（MOST/fMOST）作為介觀尺度最精細(xì)的三維成像技術(shù)，伴隨著各種標(biāo)記技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已在神經(jīng)機(jī)制研究、腦疾病研究、心血管疾病研究以及病理毒理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

本文中涉及到的fMOST成像儀器為BioMapping3000和BioMapping5000，沃億生物在儀器使用及技術(shù)服務(wù)等方面提供了相應(yīng)的技術(shù)支持。

腦出血（ICH）是腦卒中的一種類型，病發(fā)后大量神經(jīng)元迅速受損甚至死亡，導(dǎo)致其致殘率非常高，大部分幸存患者預(yù)后生活難以自理。因此，探究腦出血后神經(jīng)修復(fù)的分子機(jī)制對(duì)于改善腦出血后遺癥十分關(guān)鍵。

同型半胱氨酸（Hcy）是甲硫氨酸的代謝中間產(chǎn)物，在正常機(jī)體中含量很少，不良生活習(xí)慣、營(yíng)養(yǎng)缺乏等因素都可能引起高同型半胱氨酸血癥（HHcy）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過(guò)35%的中風(fēng)門(mén)診病患伴隨有HHcy，許多研究也表明Hcy是腦出血的重要危險(xiǎn)因素之一，可作為獨(dú)立的心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。然而，Hcy與腦出血后神經(jīng)修復(fù)機(jī)制的關(guān)系還尚不明確。

今年2月，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院唐洲平、潘超團(tuán)隊(duì)在知名期刊Stroke & Vascular Neurology上發(fā)表了標(biāo)題為Homocysteine impedes neurite outgrowth recovery after intracerebral haemorrhage by downregulating pCAMK2A的研究論文，該研究通過(guò)一系列形態(tài)學(xué)、行為學(xué)實(shí)驗(yàn)和蛋白組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)Hcy通過(guò)下調(diào)磷酸化鈣調(diào)蛋白依賴激酶2-alpha (pCAMK2A)抑制腦出血后神經(jīng)突的生長(zhǎng)和恢復(fù)，暗示pCAMK2A可能是治療腦出血的一個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)。

為了在介觀水平評(píng)估全腦的神經(jīng)突整體修復(fù)情況，作者利用改良型高爾基染色技術(shù)分別對(duì)術(shù)后3d和14d 的Ctrl+ICH組及HHcy+ICH組小鼠全腦的神經(jīng)元進(jìn)行標(biāo)記，并使用顯微光學(xué)切片斷層掃描(MOST)成像技術(shù)獲取了體素分辨率為0.3µm×0.3µm×1µm全腦神經(jīng)元的精細(xì)三維結(jié)構(gòu)。之后對(duì)尾殼核（Cpu）、海馬體（Hipp）和基底外側(cè)杏仁核（BLA）進(jìn)行腦區(qū)分割，并對(duì)這些腦區(qū)的神經(jīng)元進(jìn)行了三維重構(gòu)。（圖1）

圖1. 各分組小鼠腦3D重構(gòu)、腦區(qū)分割和特定腦區(qū)神經(jīng)元重構(gòu)

根據(jù)MOST系統(tǒng)的三維成像數(shù)據(jù)，對(duì)這些腦區(qū)的神經(jīng)突分支長(zhǎng)度密度進(jìn)行定量分析。從結(jié)果中可以看出，術(shù)后第3天和第14天HHcy+ICH組的神經(jīng)突分支長(zhǎng)度密度都低于Ctrl+ICH組，而且神經(jīng)突分支長(zhǎng)度密度增加的速率也更慢，說(shuō)明HHcy確實(shí)影響了神經(jīng)突損傷后的恢復(fù)。

圖2. BLA、CPu、Hipp腦區(qū)神經(jīng)突密度定量分析

隨后，為研究Hcy影響神經(jīng)突生長(zhǎng)的分子機(jī)制，作者對(duì)樣本進(jìn)行蛋白組測(cè)序以及磷酸化蛋白組測(cè)序。GO分析和GSEA分析表明CAMK2A可能是神經(jīng)突生長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵分子開(kāi)關(guān)，這是一種依賴于鈣/鈣調(diào)蛋白的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，腦組織中豐富表達(dá)，在突觸可塑性等方面發(fā)揮重要作用。后續(xù)作者展開(kāi)了一系列基因功能研究，證實(shí)Hcy正是通過(guò)下調(diào)pCAMK2A的水平來(lái)抑制神經(jīng)修復(fù)。

這項(xiàng)研究首次揭示了Hcy對(duì)神經(jīng)修復(fù)相關(guān)蛋白磷酸化修飾的調(diào)控機(jī)制，為改善腦出血合并HHcy的預(yù)后提供了新的潛力治療靶點(diǎn)和策略。

參考文獻(xiàn)

Guo G, Yang J, Guo W, Deng H, Yu H, Bai S, Li G, Tang Y, Zhang P, Xu Y, Pan C, Tang Z. Homocysteine impedes neurite outgrowth recovery after intracerebral haemorrhage by downregulating pCAMK2A. Stroke Vasc Neurol. 2023 Feb 28:svn-2022-002165. doi: 10.1136/svn-2022-002165. Epub ahead of print. PMID: 36854487.