动眼神经损伤

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TUhjnbcbe - 2023/1/13 20:08:00

组织损伤的修复得益于潜能干细胞。

然而中枢神经细胞(CNS)是否拥有这种细胞仍存在争议。

年8月22日欧洲最大的单一生物医学实验室弗朗西斯·克里克研究所CaetanoReiseSousa团队在发育生物学老牌杂志《DevelopmentCell》上发表题为DNGR-1-tracingmarksanependymalcellsubsetwithdamage-responsiveneuralstemcellpotential的研究,发现在小鼠CNS中确实存在有再生潜能的细胞—DNGR-1室管膜细胞(ependymalcells),该细胞体外具有三向分化潜能,在体内CNS发生创伤时发生动员,增加增殖并转分化。此研究为上述争议和CNS损伤的干细胞修复添一力证。

作者是如何发现的这种细胞呢?

树突细胞(DC)是骨髓来源的髓细胞,经典的DC细胞1型(cDC1)及其骨髓前体高表达一种凝集素受体DNGR-1,又称CLEC9A,可有效促进CD8+T细胞反应,参与抗病*以及同种异体移植反应。另外CaetanoReiseSousa团队去年还在《Cell》发表其抗肿瘤活性。

作者前期构建了一种DNGR-1示踪小鼠,本来是示踪cDC的,但在研究中发现有部分DNGR-1细胞竟然不表达经典的cDC标记(tdTomato+,MHCII-,andIBA-1-),作者把这些细胞命名为non-cDC、DNGR-1示踪细胞。

故事就源于这个意外的发现,接下来作者通过实验确认了这些细胞并非cDC,而是存在于CNS中的具有分化潜能的细胞。

Non-cDC,DNGR-1-tracedcellsareembryonicallyderived

首先是确认细胞定位。作者分离整个CNS,透明化后进行光片成像,发现这些细胞接续分布于所有的四个脑室到脊髓椎骨,与脑脊液边界一致,即存在于脑室系统和脊髓中央管。

其次是“认祖归宗”。为了确认这些细胞不是cDC,作者敲除了对cDC发育极其重要的两个因子(BATF3或FLT3L)。不出所料,敲除后cDC1s和cDCs数量剧减,但是,我们的主角,并没有受到影响。全脊髓光片成像显示FLT3L的缺失并未影响non-cDC、DNGR-1示踪细胞的数量、定位和解剖学分布。

除此之外,作者还构建了骨髓嵌合小鼠,DNGR-1EYFP+小鼠利用DNGR-1tdTomato+骨髓重构。脑膜和脉络膜中的DNGR-1示踪的cDCs绝大多数是tdTomato+,而相反的是,脑室和中央管的non-cDC、DNGR-1示踪细胞%是EYFP+。即使在重构一年多后,cDC全部为供体来源,non-cDC仍然%为EYFP+。确认了non-cDC、DNGR-1示踪细胞不是cDC,也不是骨髓来源。

那么它们来自哪里?据研究最早的non-cDC,DNGR-1出现于胚胎期E11.5,在造血完全形成之前,这些细胞已整合到脑室和中央管壁中,根植于室管膜区,这些少量的细胞表达前体细胞标记SOX2,但不表达神经标记nestin。

为了分析这稀少的E11.5细胞是否可以作为non-cDC、DNGR-1示踪细胞前体细胞,作者构建了tamoxifen诱导DNGR-1模型(Clec9aCreERT2RosaLSLtdTomato),在E10.5和E11.5子宫注射DNGR-1细胞可以在成年小鼠中重现DNGR-1细胞层,但是tamoxifen处理后则从出生到成年始终不可见。可见胚胎期表达的DNGR-1细胞产生了成年CNS中non-cDC,DNGR-1细胞,而不是像cDC一样衍生于骨髓。

最后就是鉴定这些细胞的结构和功能。他们缺少GFAP、NeuN、PKD2L1、NG2和PDGFrb表达,说明他们不是星形胶质细胞、神经元、脑脊液神经元、寡树突细胞前体或周皮细胞。他们表达FoxJ1、SOX9和vimentin,这是室管膜细胞的标志。形态上呈柱形上皮细胞形态,有两个纤毛(平均长度11.86±2.85μm),呈现9+2轴丝结构。免疫表型和结构特征符合纤毛室管膜细胞。

为了进一步确认,作者进行scRNA-seq分析,绝大多数基因编码活力纤毛的管家基因Foxj1、纤毛的结构组成蛋白(比如Dnah12和Kif9马达),还有纤毛附着细胞体的结构相关蛋白,转录因子Sox9和Sox2等。全基因组分析97%的细胞符合室管膜细胞特征。利用UMAP降维和非监督方法进一步分析,DNGR-1示踪的室管膜细胞可分为6簇,个细胞中除了12个细胞(其中的第4簇)表达内皮Cldn5、Flt1、和Pecam1但不表达室管膜细胞标记后,其余的都位于UMAP区,暗示着DNGR-1示踪的室管膜细胞簇连续分布而不是相隔离的子集,说明他们是处于连续分化的进展之中的。

为了分析这些细胞的功能,作者发现如果从初级神经球里流式分选这些细胞,他们可以传代,并且可以再生新的细胞球,也就是说这些细胞是具有自我再生能力的。细胞球里的DNGR-1细胞可以传代6个多月,表达NSC标记nestin但不表达分化的CNS细胞标记。加入合适的因子诱导,这些细胞还能分化出胶质细胞、寡树突细胞或者幼稚神经元。转录组测序的结果也确认了这些细胞与来自海马组织的真正的NSCs在细胞周期基因的相似性。因此DNGR-1示踪的室管膜细胞具有干细胞特征。

DNGR-1-tracedependymalcellsdisplayneuralstemcellpropertiesinvitro

为了研究这种自我再生是否在体内发生,作者观察示踪小鼠DNGR-1,发现稳态条件下,并没有神经元和胶质细胞的分化。在脊髓撞伤的模型中,损伤周围也没有,但在损伤区观察到了明显改变,DNGR-1细胞伸展并从中央管迁移出去,7天后在损伤区细胞增殖升高了60%,个别区域达到%,而在损伤外围只有30%。部分迁移的细胞获得了GFAP活性,说明出现了星形胶质细胞分化。遗憾的是,未观察到神经元和寡树突细胞分化。损伤外围的细胞始终未出现GFAP活性,定位也无变化。脑室损伤模型与上述脊髓损伤的模型结果一致。

作者还利用Clec9aCreERT2RosaLSLtdTomato小鼠模型和smFISH技术确认了脊髓损伤并不诱导DNGR-1表达。总之,比较严谨的证实了DNGR-1室管膜细胞可以响应CNS损伤,增殖并分化出星形胶质细胞。

通过单细胞测序,作者发现这些损伤动员的细胞中Notch2和Notch信号的靶基因Hes1表达发生改变,从中央管迁移出去的获得GFAP活性的细胞低表达HES1。文中推测组织损伤动员与HES1表达缺失相关。另外作者还利用更严谨室管膜细胞的标记CD证明室管膜细胞中表达DNGR-1与否细胞功能不同,具有神经球形成潜能的基本都是表达DNGR-1的。

MobilizationanddifferentiationofDNGR-1-tracedependymalcellsafterinjury

译者注:

该项研究鉴定了一种脑室和中央管壁的干细胞类型,其具有免疫细胞标记DNGR-1,但又没有其他典型标记,其在体外具有三向分化潜能,在体内CNS损伤时也被激活。但就如作者所言,体内暂时只观察到了一种分化潜能,另外在CNS之外,这种细胞是否存在,在损伤时是否呈现更多的异质性,有待进一步研究。

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