调控Notch信号通路促进耳蜗毛细胞增殖再生

Hair cell loss in mammalian inner ear is irreversible and results in permanent hearing loss. Hair cell generated from the transdifferentiation of dividing supporting cell was regarded as a promising approach for hair cell regeneration, that could achieve the regeneration of hair cells as well as the stability of cell population in sensory epithelium as one goal. ..It has been reported that the supporting cells with Wnt signaling activity can proliferate and transdifferentiate into new hair cells in vitro, regarded as progenitor cells in inner ear. While, many evidences also pointed out that the progenitor cells can not go back to cell cycle automatically and regenerate new hair cells even after hair cell loss in vivo, which provided a strong evidence for the existing of negative regulation factors. The interaction between Notch signal pathway and Wnt signal pathway has been widely investigated, and the activation of Notch signal pathway may act as a negative factor for progenitor cell proliferation in inner ear through inhibiting Wnt pathway...Thus, we proposed a hypothesis that the proliferative hair cell regeneration could be achieved by blocking Notch signaling. The hair cell proliferative regeneration by inhibiting Notch activity will be observed in cultured neonatal cochlea explants and in transgenic mice model, in order to further understand the mechanism underneath the interaction between Notch and Wnt signal pathway during hair cell regeneration in inner ear; By using hair cell damaged mouse model, we will investigate the hair cell regeneration process by modifying Notch signal pathway in vivo, furthermore, the structure and function of new hair cells will be monitored for hearing recovery purpose. Our study will further demonstrate the possibility of hair cell proliferative regeneration by blocking Notch signal pathway in inner ear and provide theoretic evidences for hearing recovery in mammalian.

哺乳动物耳蜗毛细胞损伤后不具有自发再生能力，将导致永久性听力障碍。有研究表明，Notch信号通路对Wnt信号通路的关键核转录因子——β-catenin存在抑制作用，可能是耳蜗感觉上皮中具有Wnt信号活性的前体细胞处于增殖静止状态的重要因素。因此，调控Notch信号通路，解除其对Wnt信号通路的抑制，有可能实现耳蜗毛细胞的增殖再生。本项目利用新生鼠耳蜗体外培养以及条件性基因敲除小鼠模型，调控内耳的Notch信号通路，观察对Wnt信号通路的影响以及在耳蜗前体细胞增殖及毛细胞分化中的作用，探讨Notch信号通路和Wnt信号通路之间的相互作用在毛细胞增殖再生中的价值； 此外，利用新生鼠耳蜗毛细胞损伤动物模型，调控Notch信号通路观察毛细胞的再生过程，并对新生毛细胞的形态和功能进行评估，为调控Notch信号通路促进哺乳动物耳蜗毛细胞增殖再生和听觉功能的恢复奠定实验和理论基础。

Notch信号通路在内耳的发育过程中发挥着重要的作用，在内耳感觉上皮的决定以及毛细胞和支持细胞的命运选择中发挥重要的作用。我们认为Notch信号通路除了通过“侧向抑制”机制维持耳蜗感觉上皮中毛细胞和支持细胞特定的“马赛克”的构成模式，还可能对具有Wnt活性的、以Lgr5为重要分子标记的感觉前体细胞增殖起抑制作用，在维持耳蜗感觉上皮细胞数目和结构相对稳定的同时，也是导致毛细胞损伤后不具有增殖再生的主要因素。 . 本项目利用小鼠耳蜗的体外培养模型和转基因小鼠模型对这一假设进行了验证，结果显示：Notch信号通路的活化对Lgr5+内耳干细胞的增殖具有抑制作用，抑制Notch信号通路能够激活Lgr5+内耳干细胞的增殖活性并部分分化为有功能的毛细胞。对Wnt和Notch信号之间相互作用的研究显示：抑制Notch信号促进支持细胞向毛细胞的直接转分化过程，不依赖于Wnt信号，而抑制Notch信号促进细胞增殖的过程依赖于Wnt信号。. 研究结果揭示了内耳干细胞增殖的负性调控因素，并通过 Notch和Wnt信号通路多基因调控细胞重编程技术促使支持细胞的增殖从顶圈向底圈的扩展，同时利用下调Notch信号通路促进支持细胞向毛细胞直接转分化的作用，提高增殖支持细胞向毛细胞转分化的比例。此外，进行了基因序贯调控促进毛细胞增殖再生的相关探索，试图使毛细胞再生的调控过程更加有序可控。. 共发表SCI论文5篇，会议论文3篇，其中影响因子大于5分的4篇，发表在2015年的美国科学院院报上的文章，在毛细胞再生领域引起很大反响，该领域顶级专家斯坦福大学医学院的Stefan Heller教授通过单细胞测序的研究方法进一步证实了我们的发现，他发表在《Cell Report》上的论著将我们的研究结果作为重要引文进行了介绍。鉴于该研究成果在毛细胞再生理论体系中的重要贡献，被领域内顶级杂志《Developmental Cell》、《Stem Cell》上的多篇毛细胞再生方面的综述正面评价和引用，引用30余次。. 此外，该项目培养博士研究生3名（目前均已毕业），申请人在该项研究结果的基础上申请到国家自然科学基金面上项目1项，是该项研究的进一步深入和拓展。