Calcineurin-NFAT信号通路在牵张力牵引神经突起生长中的功能和调控机制研究

Repair and rehabilitation of injured spinal cord is a hot issue in biological and medical fields. Insufficient and wrong directions of regenerated axons of damaged spinal cord have produced serious bottlenecks. The project aimed at exploring the new methods and new mechanism of mechanical stretch drawing the direction of axons. Recently, it has been reported that mechanical stretch may guide the orientation of axon outgrowth, but its mechanism is not yet clear. Calcineurin-NFAT signaling pathway plays an important role in axon outgrowth and is acting as a new target of stress. We will establish cell model and animal model by means of located detection and reverse blocking to observe the expression of downstrean molecules under different mechanical stretch, then establish statistics analysis. Therefore, mechanical stretch via calcineurin-NFAT pathway might play an unexpected role in regulation of oriention of axon outgrowth. In this study, the theories and methods will provide important theoretical support and experimental methods for repair and rehabilitation of injured spinal cord, and be provided with universal significance and clinical application.

脊髓损伤的再生修复与功能重建是生物与医学领域亟待研究和解决的重要课题。受损脊髓的再生神经突起生长缺乏方向性，因而无法顺利实现和下端轴突的对接，这已成为影响脊髓损伤修复和功能重建的瓶颈问题。牵张力能牵引神经突起的生长方向，但内部作用机制尚未完全明确。Calcineurin-NFAT信号通路是牵张力作用于细胞的新靶点，而且该通路的激活对神经突起的生长具有重要作用。本项目旨在研究利用牵张力牵引神经突起生长的新方法和新机制，拟通过细胞应力加载实验及动物应力加载实验，利用定位检测、逆向阻断等方法，研究不同牵张应力载荷下Calcineurin-NFAT信号通路下游分子的表达变化，并利用扫描电镜测量神经突起生长密度、生长速度和形貌变化，探寻牵张力牵引神经突起生长的作用机制和关键调控分子。本申请研究的理论与方法将为脊髓损伤的再生修复提供重要的理论支持和实践方法，同时又具有很好的普适意义和临床应用价值

一、项目的背景：.脊髓损伤(Spinal cord injury)是一种严重的中枢神经系统创伤性疾病。脊髓损伤患者常遗留严重的并发症，包括瘫痪、感觉障碍、肌痉挛、呼吸障碍等，给家庭带来沉重的经济负担，同时也造成了巨大的社会问题。因此，脊髓损伤后的再生修复与功能重建，是神经科学领域亟待探索解决的重大课题之一。目前，细胞移植修复脊髓损伤被认为是最具潜在临床应用价值的手段之一。探寻促进神经突起导向生长的方法成了脊髓损伤再生修复的研究热点。本实验利用力-电信号转化为生物学信号，探讨神经损伤再生修复的新兴领域，该研究涉及细胞内-外的转导过程，受到多种信号通路的转导调节。此外，本课题组自主设计研制了体外力-电联合刺激培养装置，并且申请获得国家专利。主要通过观察不同模式力-电联合刺激下对嗅球神经干细胞生长、分化、凋亡、迁移以及相关生物信号通路的影响。.二、.主要研究内容.1、体外力-电联合刺激加载装置的构建及体外力-电联合加载初选条件的筛选；.2、体外力-电联合刺激下嗅球神经干细胞生长、迁移、分化的影响；.3、体外力-电联合刺激下嗅球神经干细胞凋亡的影响；.4、体外力-电联合刺激下相关信号通路的影响；.5、在体力电刺激加载初步实验，筛选最优条件及在体力-电刺激对脊髓损伤神经的保护作用。.三、.重要结果.1、体外力-电联合刺激影响嗅球神经干细胞的生长、迁移、凋亡；.2、体外力-电联合刺激对嗅球神经干细胞神经突起的骨架及微观结构产生影响；.3、体外力-电联合刺激BDNF-PI3K-AKT信号通路，提示该信号通路下游分子PI3K是力-电学作用敏感分子，可能调控嗅球神经干细胞生长凋亡的生物学行为；.4、在体力-电加载对于脊髓损伤再生与修复的影响。.四、.关键数据.1、体外电-电刺激下Akt表达水平上调，Wortmannin抑制此过程.2、Wortmannin逆向阻断PI3K/Akt信号转导信号途径后力-电刺激的保护作用降低.3、BDNF分泌与力-电刺激对神经干细胞凋亡的保护作用的关系.五、科学意义.本项目的研究成果探索了力-电刺激促进神经突起生长的关键调控靶点，并深入探讨了临床脊髓损伤康复治疗中使用“功能性电刺激治疗”过程中没有完整的实验依据、机制探讨有限等突出问题，具有重要的社会和经济意义。并且，本项目较深的拓展了力-电-生物系统相互作用的基本理论。