黑视蛋白促进受损视神经轴突再生的分子机制研究

Damage to adult optic nerves typically results in permanent functional deficits. Boosting intrinsic growth programs in retinal ganglion cells (RGCs) can augment the axon regenerative capacity. G protein-coupled receptor (GPCR) signaling is essential for axon guidance and targeting during neural development, and plays a role in neurite outgrowth in vitro. However, the function of GPCR signaling in adult axonal regeneration in vivo remains elusive. We recently discovered that activating melanopsin, a photosensitive GPCR molecule, and its downstream Gq/11 signaling in RGCs promotes axonal regeneration after optic nerve crush. Our proposal is to investigate the underlining mechanisms, and examine whether enhancing melanopsin-Gq/11 signaling can promote the brain target reinnervation of the regenerated axons. Our project may provide a rational basis for modulating GPCR signaling to stimulate axon regeneration after central nervous system injury.

成年视神经受损通常会导致永久性功能丧失,而重新刺激视网膜神经节细胞（RGCs）内在的生长程序能够促使已经失去自我生长能力的神经轴突再生。研究表明，G-蛋白偶联受体（GPCR）信号不仅在视神经发育过程中的轴突导向和靶向方面起重要作用，而且在体外实验中能够促进轴突生长。但是，其在成年视神经轴突再生中的作用还不清楚。我们最近发现激活黑视蛋白这个GPCR感光分子或者其下游Gq/11信号能够促使受损视神经轴突再生。本项目旨在研究黑视蛋白-Gq/11信号促进视神经轴突再生的分子机制，以及在研究功能恢复的视交叉前损伤模型中检测增强该信号是否能够促进受损神经轴突长进视交叉上核中，并与靶标神经元形成连接。本项目的开展将为视神经损伤后的再生和功能恢复等相关转化医学研究打下基础。

颅脑损伤和一些神经退行性病变常造成视神经的损伤，进而造成视觉功能缺陷甚至失明。由于成年哺乳动物中枢神经(CNS)轴突缺乏再生能力，这种功能缺陷一般是不可逆的。为了解决这一世界性难题，我们需要发掘轴突再生的机制，促进视神经再生。我们前期的研究发现过表达一种感光GPCR黑视蛋白或者其下游的Gq促进视神经再生。其下游的机制亟待进一步的研究。围绕这一机制，我们开展了一系列研究并取得丰富的成果。第一，黑视蛋白的下游信号mTOR不仅对于中枢神经系统轴突再生至关重要的，对于外周DRG神经元轴突再生同样必不可少；第二，外周条件性损伤引起的再生相关基因mRNA发生甲基化N6-甲基腺苷（m6A），敲除m6A甲基转移酶复合物组分Mettl14或m6A结合蛋白Ythdf1抑制轴突再生；第三，ESCRT基因Vps4调控自噬通量，控制神经损伤后的Wallerian退化；第四，mTOR下游的Lipin1通过调控甘油磷酸途径的影响视神经再生能力，抑制Lipin1或者甘油磷酸途径的甘油二酯酰基转移酶（DGATs）调控脂类代谢从合成存储性甘油三脂转向合成膜组分磷脂显著促进视神经再生；第五，应用可注射的光敏缓释水凝胶递送白血病抑制因子（LIF）到眼睛玻璃体，持续激活视神经结神经元的Stat3信号，促进视神经再生；第六，联合PTEN和SOCS3共敲除、CNTF过表达和黑视蛋白过表达，促进视神经投射到脑部靶标核团视交叉上核（SCN）。综上所述，本项目的研究建立了一系列调控轴突再生的机制，开发了一种眼部给药的治疗方法，为临床治疗神经轴突损伤建立理论基础。