局部的星形胶质细胞老化对室管膜下区神经发生的影响

Neurogenesis in the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles and the subgranular zone (SGZ) of the hippocampal dentate gyrus declines with increasing age. Little is known about the mechanism that how aging affects the self-renewl of neuronal stem cell and neurogenesis. In recent years, studies have shown that astrocytes are a key component of the neurogenic niches and play important roles in regulating multiple aspects of adult neurogenesis. Our preliminary data showed that astrocyte in SVZ and adjacent to SVZ appeared the characteristics of the senescent cells including strong senescence-associated β-galactosidase （SA-β-Gal）staining and expression of γ-H2AX, which is the marker of DNA double-strand break. However, it is far from clear how senescent astrocyte regulate the neural stem cells self-renewal and neurogenesis. Therefore, this project will study the changes of astrocyte function in regulating glutamate homeostasis and expressing important signal molecules such as Wnt、Jagged-1 and ephrin-B2 with increasing age. This study will reveal the essence that senescent astrocytes decrease the neurogenesis and possible mechanism. Furthermore, using senescent astrocytes induced by oxidative stress and neuronal stem cells co-culture model, it will be further investigated that how senescent astrocytes affects the neurogenesis in vitro. Overall the proposed work will advance a new understanding of aging-related decline in neurogenesis and provide new strategies for delaying the aging of stem cells in future.

老化过程中伴随着脑室管膜下区(SVZ)和海马齿状回的颗粒下层(SGZ)神经发生的明显下降，但机制不明。近年研究表明星形胶质细胞是神经发生微环境的重要成员，对神经发生的各个环节均发挥了关键的调节作用。我们的前期研究发现，老化过程中SVZ及邻近区域的星形胶质细胞出现了SA-β-Gal染色强阳性、DNA双链断裂等衰老特征。但星形胶质细胞衰老对神经干细胞的维持和神经发生的影响及机制还远未被阐明。本项目拟研究增龄过程中星形胶质细胞调节谷氨酸稳态和表达Wnt、Jagged-1及ephrin-B2等重要信号分子的变化，旨在揭示星形胶质细胞老化参与了神经发生的下降及可能的机制。在此基础上，以氧化应激诱导的衰老星形胶质细胞和神经干细胞共培养的模型，进一步探讨星形胶质细胞衰老对体外神经发生的影响及调控机制。本研究将为SVZ神经发生下降的机制提供新的认识，同时也为延缓神经干细胞的老化提供新的策略。

借助该项目的支持，2014年度我们主要进行了两部分的研究工作。第一部分探讨局部的星形胶质细胞的老化对室管膜下区神经发生的影响，我们通过原代培养出生1-2天内的星形胶质细胞，随着培养时间的延长（14d、60d、90d），SA-β-Gal染色的阳性率明显增加，即成功的诱导了星形胶质细胞的复制衰老；另外我们建立了从一只成年鼠脑中同时分离培养DG区和SVZ区神经干细胞的方法，该方法目前正编写入《实用神经变性疾病实验技术》一书中，后续将在此基础上通过共培养探讨星胶细胞的老化对神经干细胞增殖和分化的影响。第二部分在发现ApoE4加速年龄相关性认知功能下降和增加抑郁样风险的基础上进一步探讨其中的机制，通过在体和体外海马神经干细胞培养的方法，我们发现以下几点：1、在体和体外培养均表明ApoE4促进海马神经干细胞的增殖能力；2、ApoE4促进海马神经干细胞的端粒酶活性，与提高端粒酶关键亚基mTERT的表达有关；3、ApoE4影响了神经干细胞的细胞周期进程；4、ApoE4较早的即出现增龄性的降低前额叶皮质和海马区GABAergic神经元的表达，这种影响与性别因素有关；5、ApoE4增龄性的促进海马CA1区突触结构的退行性变。由此可见，apoE4可能通过上调端粒酶活性、影响细胞周期的进程促进神经干细胞的增殖，从而影响了GABAergic神经元的发育，雌性小鼠较早期出现的中间型GABAergic神经元的下降导致了突触结构的退变和小鼠视空间学习记忆能力的下降。后续将在此基础上，进一步探讨apoE4影响GABAergic神经元发育的的时间点和机制以及性别差异的原因。目前该项目资助发表论文1篇（Journal of Neurochemistry, under minor revision）。