基于ADAMTS-4剪切调控Reelin蛋白研究先天肾虚影响大脑皮质发育的分子机制

In traditionalChinese medicine, the kidney stores the essence and engenders marrow which passes on the brain. Meanwhile the brain is sea of marrow related closely with the kidney. The kidney is the origin of congenital constitution which regulate physical growth and development of the brain. In the developing cortex of mammals, Reelin is a glycoprotein essential for its development and functions.It had been known that Reelin is cleaved into five different protein fragmentswith a proteolytic process by ADAMTS family potein. These fragments recognize VLDLR and ApoER2 receptors respectively and then activate the intracellular signal transduction for controlling cortical neuronal migration and development. We previously found the aberrant expression of Reelin, VLDLR and ApoER2 induced the cortical dysplasia in kidney essence deficiency mouse model, but the molecular mechanism is still elusive. Here we propose a hypothesis that abnormal splicing of Reelin results in deformed fragments failing the recognition and the activation of downstream protein and signaling pathway. We treat the kidney essence deficiency mouse model with Zuogui Pill and investigate the expression of ADAMTS-4, a specific splicing protein of Reelin and Reelin, P-Dab1、Fyn, and p13k, we also study the relationship among these proteins and the variation of morphology of cortex neuron and glia.This possible mechanism will further clarify a traditional Chinese medicine theory of kidney control the brain development, it will also provide scientific basis for clinical research and therapy.

肾藏精，生髓，通脑，脑为髓之海，肾脑密切相关。肾为先天之本，主脑发育。在大脑皮质发育期，Reelin被ADAMTS家族剪切成五个片段后与VLDLR、ApoER2受体结合激活信号转导系统，控制神经元的迁移和定位从而维持大脑皮质正常发育。课题组前期研究发现先天肾虚仔鼠大脑皮质区Reelin、VLDLR、ApoER2蛋白表达和mRNA表达异常可能引起仔鼠大脑皮质发育障碍。因此课题组进一步设想reelin剪切调控异常导致其不能正常与VLDLR、ApoER2结合激活下游通路是先天肾虚仔鼠大脑皮质发育异常的重要原因。并率先以ADAMTS-4为切入点，复制先天肾虚模型，并予左归丸干预，观察胚胎期仔鼠ADAMTS-4、Reelin、P-Dab1、Fyn、P13K表达及神经元迁移和放射状胶质细胞形态变化，进一步明确先天肾虚仔鼠脑皮质发育异常及肾调控脑发育的可能机制，为脑发育障碍从肾论治提供依据。

Reelin 是一种细胞外基质的糖蛋白， 主要由大脑皮质形成过程中 Cajal-Retzius(C-R)细胞合成和分泌,是 TH 的靶分子之 一。Reelin 被分泌至细胞外后，其 N 端和 C 端的 2 个特 定部位被剪切，产生 5 个大小不同的片段，Reelin 的不同片段在不同的时间、不同的地点通过结合 ApoER2和 Vldlr激活胞内信号使神经元首先向大脑的表面方向迁移并在适当的位置停止迁移，最终使不同时期产生的神经元按由内向外的顺序形成大脑皮质的六层结构，从而调控中枢神经系统的发育和功能。ADAMTS是复杂的可分泌蛋白酶，可加工原胶原和血管性血友病因子，能分解蛋白聚糖。ADAMTS-4 是 ADAMTS 家族的一员，可特异地剪切 Reelin。前期课题组已经证实先天肾虚仔鼠大脑皮质发育异常与 Reelin、VLDLR、ApoER2 异常表达密切相关，并发现先天肾虚对仔鼠骨发育亦存在影响。本研究以 reelin 蛋白特异性剪切蛋白 ADAMTS-4 为切入点，复制孕鼠肾虚模型，并予左归丸干预，观察仔鼠 ADAMTS-4、reelin、 P-Dab1、Fyn、 P13k 表达及神经元迁移和放射状胶质细胞形态变化，探讨先天肾虚仔鼠脑发育过程中神经元异常迁移原因及肾调控脑发育的可能机制。结果表明中药左归丸补肾填精治疗，可增加ADAMTS-4、、P-Dab1、Fyn和P13K蛋白含量，促进仔鼠大脑皮质ADAMTS-4表达，促进Reelin剪切，从而有效改善先天肾虚 仔鼠大脑皮质发育异常。模型组仔鼠大脑皮质ADAMTS-4、、P-Dab1、Fyn和P13K蛋白含量均降低，ADAMTS-4、ADAMTS-4mRNA表达下调，Reelin、ReelinmRNA表达上调，P-Dab1、Fyn 、和P13K等蛋白表达及mR NA下调。先天肾虚组胚胎仔鼠大脑皮质神经元顶突起和树突发育受损，朝向紊乱，放射状胶质细胞的突起发育异常，动态观察发现晚出生的神经元未能超过皮质板中较早出生的神经元，最终导致大脑皮质层状构筑反转。结论：先天肾虚仔鼠大脑发育异常可能与ADAMTS-4表达下降，引起reelin蛋白调控异常，导致 reelin 蛋白进入神经细胞引起 DAB1的酪氨酸磷酸化受阻，且阻碍一系列细胞内的信号反应，使神经细胞形状和分布位置发生异常，从而最终导致大脑皮质发育异常。