Wnt信号通路调控星形胶质细胞在ALS运动神经元变性中的作用及机制

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by the progressive and fatal loss of motor neurons and muscular atrophy. The etiology and exact mechanisms of ALS are as yet undefined and few therapeutic options have emerged for slowing down disease progression. Astrocytes are one of the main cells composing the local microenvironment. It is still unclear whether or not astrocytes are responsible for motor neuron degeneration in ALS. Our previous study showed that neurodegeneration activated the Wnt/β-catenin signaling pathway and promoted the proliferation of astrocytes,which is involved in the pathogenesis of ALS in adult transgenic mice. In this study, we seek to examine the relationship between astrocytes and motor neuron degeneration using SOD1G93A transgenic ALS mice and cell models from coculture of motor neuron and astrocytes with mutation SOD1, so as to reveal the role of astrocytes in progressive loss of motor neurons of ALS from a new angle. We will elucidate the role of Wnt signaling pathway for motor neuron by regulating the astrocytes.Using the interventions of gene modified glial precursor cell transplantation,we will observe the protective roles of the transplanted cells to motor neuron in order to find new effective targets in treating ALS, thereby offerring sound theoretical basis for clinical treatment of ALS.

肌萎缩脊髓侧索硬化症（ALS）是以运动神经元进行性变性、肌萎缩为主要特征的神经退行性疾病。目前，ALS的病因及发病机制仍不明确，尚无有效的治疗方法。作为局部微环境主要构成的星形胶质细胞是否在ALS运动神经元选择性、进行性退变中发挥主导作用尚不清楚。我们前期研究发现，神经退行性病变激活了Wnt/β-catenin信号通路，促进了星形胶质细胞的增生，与ALS发病密切相关。本课题拟用SOD1G93A ALS转基因鼠以及SOD1G93A突变的星形胶质细胞和运动神经元共培养细胞模型，系统研究ALS发生发展中神经元-胶质细胞之间的相互作用，从新的角度揭示星形胶质细胞在ALS运动神经元选择性、进行性变性中的作用；阐明Wnt信号通路调控星形胶质细胞对运动神经元的作用；并通过基因修饰的胶质前体细胞移植等干预手段，观察移植细胞对运动神经元的保护作用，寻找有效治疗ALS的新靶点，为ALS临床治疗提供理论依据。

肌萎缩侧索硬化症(ALS)是以运动神经元进行性变性、肌萎缩为主要特征的神经退行性疾病。ALS病因及发病机制仍不明确。星形胶质细胞是否在ALS运动神经元选择性、进行性退变中发挥主导作用尚不清楚。本研究选用SOD1G93A转基因模型鼠、原代培养的星形胶质细胞、原代培养的神经干细胞及运动神经元样细胞NSC34细胞，应用慢病毒感染、免疫荧光多重标记、Western blot、Real-time PCR等多种技术方法深入研究Wnt信号通路调控星形胶质细胞对运动神经元的作用。结果发现：（1）在体动物模型及离体细胞模型研究发现，Wnt信号通路相关分子Wnt5a及其受体Fzd2、Wnt1及其受体Fzd1、Wnt3a、β-catenin、CyclinD1等在疾病发生发展过程中变化明显，表明Wnt信号通路相关分子参与ALS病程进展；（2）原代培养野生型星形胶质细胞对共培养的 SOD1G93A 突变NSC34细胞具有保护作用。基因沉默或过表达野生型星形胶质细胞Wnt3a，可引起神经营养因子、炎性因子的表达变化，表明Wnt3a参与野生型星形胶质细胞的神经保护作用；原代培养SOD1G93A突变型星形胶质细胞对共培养SOD1G93A突变NSC34细胞的损伤作用与星形胶质细胞分泌的BDNF、TNFα有关，Wnt3a调节该过程，表明Wnt3a引起星形胶质细胞的分泌功能变化与ALS疾病密切相关；（3）将过表达Wnt3a的野生型脊髓神经干细胞移植到发病前期SOD1G93A转基因模型鼠侧脑室，未观察到有效延缓模型鼠病程进展。移植后神经干细胞主要迁移至海马、扣带回等部位，大部分细胞分化为星形胶质细胞；（4）信号通路抑制剂Y27632、Fasudil对转染后SOD1G93A突变的NSC34细胞具有神经保护作用；（5）在体、离体研究表明，Notch信号通路相关分子在ALS疾病进展中表达发生明显变化，也与ALS发病相关；（6）应用基因芯片技术及原位杂交技术筛选出多种与ALS发病相关的差异表达miRNA。miR-124及其靶蛋白Sox2、Sox9在ALS动物模型及细胞模型均变化明显。应用原代培养的神经干细胞研究发现，miR-124通过靶蛋白Sox2和Sox9调节神经干细胞的分化，主要分化为星形胶质细胞。该研究具有重要的理论意义，从新的角度、新的层面上揭示了ALS的发病机制，为ALS治疗提供了新思路。