Epac在少突胶质细胞髓鞘形成及损伤修复中的作用

Myelin is an insulated structure which sheathes axons to mediate rapid and stable transduction of electronic impulses. In central nervous system (CNS), myelin is formed of oligodendrocytes. Oligodendrocyte precursor cells (OPC) differentiate into mature oligodendrocytes and further develop into myelin. Thus it is important to understand the cellular and molecular mechanisms which involve in OPC differentiation and myelination for the treatment of dysmyelinating disorders and remyelination after injury. Our preliminary research suggested that Epac may involve in the process of myelination: the myelin proteins such and MAG, MBP and CNP are down-regulated in the hippocampus of Epac knockout mice. In this proposal, we are going to perform molecular, biochemical and cell culture experiments to determine whether Epac plays functional role in the regulation of OPC differentiation and myelination. We will also asses the role of Epac in remyelination in a mouse model of demyelination and remyelination. Our project may reveal new mechanism of myelination and remyelinaton, thus provides potential targets in the treatment of dysmyelinating disorders such as multiple sclerosis and schizophrenia.

髓鞘是包裹在神经纤维外的一种绝缘结构，介导神经冲动快速稳定的传递。中枢神经系统的髓鞘由少突胶质细胞形成，形成髓鞘的少突胶质细胞由其前体细胞（OPC）分化并进一步发育成熟产生。研究髓鞘发育和OPC细胞分化调控的机制对髓鞘相关疾病以及髓鞘损伤后的修复治疗具有重要意义。我们发现Epac可能参与调节中枢神经系统髓鞘形成：在Epac敲除小鼠的海马区域，髓鞘相关蛋白MAG、MBP和CNP的表达均显著增加。本项目将在前期研究基础上，综合利用分子、生化和细胞等实验技术和基因敲除小鼠模型，研究Epac是否对中枢神经系统髓鞘发育和OPC细胞分化具有调控作用，并以此为基础利用小鼠脱髓鞘模型来研究Epac在髓鞘损伤修复中的作用。该项目将揭示Epac对中枢神经统髓鞘发育及髓鞘损伤修复的调控及其分子机制，为多发性硬化综合症、精神分裂症等多种髓鞘相关疾病的治疗提供潜在的新靶标。

本项目是研究中枢神经系统的髓鞘发育及再生中Epac在其中的作用及机制。少突胶质细胞是形成中枢神经系统髓鞘的细胞类型，其包裹神经元轴突的髓鞘保证了神经冲动快速稳定传递。其前体细胞（OPC）分化后成为成熟的少突胶质细胞。另外，成年动物脑中仍含有大量具有增殖能力的OPC细胞，这些OPC 在正常状态下能分化为生成髓鞘的少突胶质细胞，但在疾病状态下（如多发性硬化综合征，MS）形成髓鞘的能力十分有限。本课题利用基因工程小鼠、免疫荧光、生化检测等技术，对Epac基因敲除小鼠进行免疫荧光染色和Western检测髓鞘相关蛋白，观察髓鞘发育的形态和结构，发现：Epac基因敲除后，2w敲除小鼠髓鞘蛋白的表达比对照组更多，但是到达4周后基本无差异；髓鞘的形态和结构表现出类似的趋势。通过对Epac小鼠的脑组织进行免疫荧光染色，发现Epac小鼠在2w时的Olig2阳性细胞和CC1阳性细胞数量比对照小鼠显著增加，但是其比值没有变化，说明其分化过程没有被影响。观察少突胶质细胞的增殖时发现，Epac敲除后，增殖细胞数量显著增加，说明Epac能够调控少突胶质细胞的增殖过程。在此基础上，利用项目建立的平台及实验体系，发现中药天麻中的主要活性成分天麻素在髓鞘损伤再生过程中具有显著的促进作用，并初步探索了其作用机制。综上所述，本项目明确了确定Epac在髓鞘发育中具有一定的作用，且可能是通过调控少突胶质细胞前体细胞的增殖发挥作用。但是Epac在髓鞘损伤后再生过程中并未发挥作用。