腦白質損傷指中樞神經系統中一個或多個區域軸突、少突膠質細胞和髓鞘的進行性變性。隨著人口老齡化，中老年人群中腦白質損傷的發生率逐步增加。研究表明，腦白質損傷與認知功能障礙高度相關，尤其是工作記憶的下降。因此，腦白質損傷也被認為是認知障礙一級預防和癡呆二級預防的治療靶點。而慢性腦缺血是腦白質損傷的主要原因，腦小血管病及頸動脈狹窄等多種腦大血管病變和腦小血管病變均會引起白質損傷。鑒于損傷過程的復雜性，目前尚無有效的臨床治療方案。因此，針對慢性缺血性腦白質損傷的治療是亟待研究的新領域。

近日，來自南京大學醫學院附屬鼓樓醫院的徐運團隊在Advanced Science上在線發表了題為“Optogenetic Stimulation of mPFC Alleviates White Matter Injury-Related Cognitive Decline after Chronic Ischemia through Adaptive Myelination”的工作。團隊基于“適應性髓鞘形成”理論，提出了治療慢性缺血性腦白質損傷的新策略，揭示了神經活性調控在腦白質損傷及相關認知障礙中的治療潛力。

研究思路及方法

1.適應性髓鞘形成

神經元和髓鞘之間存在著密切的聯系。近年來研究表明，神經元活性能夠影響少突系細胞的譜系進展并調控髓鞘形成，即適應性髓鞘形成。然而，目前適應性髓鞘形成相關的研究多見于發育和急性脫髓鞘疾病，在慢性腦缺血中，增加神經元活性能否促進腦白質修復目前仍不清楚。

2.激活BCAS小鼠內側前額葉皮層谷氨酸能神經元改善工作記憶

我們采用野生型（WT）小鼠制備雙側頸動脈狹窄（BCAS）模型發現，造模后2個月小鼠出現認知功能障礙及白質損傷，且認知功能下降程度與白質損傷程度呈正相關。隨后，通過病毒示蹤技術，我們發現小鼠內側前額葉皮層（mPFC）谷氨酸能神經元發出的神經纖維投射經過胼胝體。

基于此，我們利用光遺傳學及化學遺傳學技術調控BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神經元的活性。在BCAS模型46天后，對目的神經元進行連續15天的刺激。電生理檢測結果顯示，相比于假手術（Sham）小鼠，BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神經元活性降低，而光/化學遺傳學刺激提高了BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神經元活性。采用Y迷宮和T迷宮對工作記憶進行檢測，發現BCAS后小鼠工作記憶出現障礙，而激活mPFC谷氨酸能神經元顯著改善BCAS小鼠工作記憶。此外，曠場實驗表明，BCAS造模及光/化學遺傳學刺激不影響小鼠的情緒及運動功能。

3.激活BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神經元改善腦白質損傷

隨后，我們分別采用黑金染色、免疫熒光和Western blot技術檢測胼胝體區域的白質完整性，發現相較于Sham小鼠，BCAS小鼠出現白質損傷，神經元的激活則改善了BCAS小鼠的脫髓鞘病變。利用透射電鏡檢測胼胝體區域髓鞘厚度，發現神經元活性的提升改善了慢性腦缺血引起的髓鞘厚度減低。采用磁共振成像檢測，發現BCAS造模后小鼠胼胝體區域各向異性分數（FA）降低，化學遺傳學刺激提高了BCAS小鼠的FA值。通過胼胝體復合動作電位檢測發現，化學遺傳學刺激改善了BCAS小鼠的軸突傳導速率損傷。

4.激活BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神經元促進少突膠質前體細胞分化

為了進一步研究腦白質改善與少突膠質細胞譜系進展的關系，利用免疫熒光技術分別標記少突系細胞、少突膠質細胞（OLs）及少突膠質前體細胞（OPCs）。發現相較于Sham小鼠，BCAS小鼠胼胝體區域OLs的數量及其在少突系細胞中的占比均減少，少突膠質前體細胞的數量增加。神經元激活后OLs的數量及其在少突系細胞中的占比增加。

5.激活BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神經元上調Wnt2的表達

為了進一步探究mPFC谷氨酸能神經元激活改善腦白質損傷的潛在機制，我們采用基于微陣列的基因組學分析對BCAS小鼠及光刺激后BCAS小鼠的mPFC組織進行檢測。結合相關數據庫篩選神經元激活后差異表達且翻譯產物為神經元特異性分泌型蛋白的基因，利用qPCR驗證發現Wnt2是顯著變化的基因。同樣的，化學遺傳學刺激后BCAS小鼠mPFC組織中Wnt2的表達上升。對Wnt2的細胞來源驗證表明Wnt2在皮層神經元中高表達。利用免疫熒光檢測Wnt2在神經元中的表達及分布，發現激活mPFC谷氨酸能神經元后，激活神經元中的Wnt2表達顯著上調，且胼胝體區域神經元軸突Wnt2的表達亦上升。

6.過表達Wnt2改善BCAS小鼠的腦白質損傷及工作記憶障礙

為了進一步探究mPFC谷氨酸能神經元中Wnt2的作用，通過注射腺相關病毒，在mPFC谷氨酸能神經元中過表達Wnt2。通過行為學測試，發現Wnt2過表達改善了BCAS小鼠的工作記憶并且不影響小鼠的情緒及運動能力。利用磁共振成像檢測，發現Wnt2過表達后BCAS小鼠胼胝體區域FA值上升。分別采用黑金染色和免疫熒光檢測胼胝體處的白質完整性，發現Wnt2過表達改善了慢性腦缺血引起的髓鞘損傷。利用透射電鏡檢測胼胝體處髓鞘厚度，發現相比較于BCAS小鼠，Wnt2過表后BCAS小鼠髓鞘厚度增加。此外，通過體內外實驗也進一步證實Wnt2能夠促進OPC向少突膠質細胞進一步分化。

研究總結

在此項研究中，我們發現慢性腦缺血模型小鼠存在認知功能下降與腦白質損傷，其內側前額葉皮層（mPFC）向胼胝體發出神經纖維投射。運用光/化學遺傳學手段激活小鼠mPFC谷氨酸能神經元促進了胼胝體區域白質修復并改善了工作記憶。機制方面，谷氨酸能神經元激活上調Wnt2的表達，其通過促進少突膠質前體細胞的分化以改善腦白質損傷。本研究揭示了神經調控在改善腦白質損傷及相關認知障礙中的治療潛力。

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作者簡介

南京大學醫學院附屬鼓樓醫院徐運教授、劉品一博士為該論文的通訊作者，鄧世佶博士生、舒姝博士、翟利利博士為論文共同第一作者。