抑制JMJD3促进脊髓损伤后少突胶质细胞再生的作用与机制研究

Spinal cord injury is still one of clinical refractory diseases. Inducing spine endogenous oligodendrocytes regeneration is significant for spinal cord injury recovery. However, up to now, effective treatment is limited. Our preliminary data indicates JMJD3 downstream of SAPK/JNK pathway, JMJD3 inhibition promote not only neural stem cell differentiate into oligodendocyte precursor cells but also remodeling of Histone 3 bivalent domain are the probable mechanisms of the lineage differentiation commitment. Consequently, we speculate that JMJD3 inhibition will inactivate the SAPK/JNK pathway and then remodeling the H3 bivalent domain poised situation, promoting the gene expression of Oligo-associated transcription factors, therefore promoting mature oligodendrocytes regeneration and neural function recovery eventually. To prove the research hypothesis, our project will utilizing JMJD3 conditional knockout transgenic mouse to study the neural stem cell differentiation regulatory mechanism of SAPK/JNK/JMJD3 signaling pathway firstly. Afterwards, we analyze the influence of JMJD3 knockout on H3 bivalent domain related gene expression. Finally, we study the promotive effects on oligodendrocytes regeneration and neural function recovery. Implement of this project will not only reveal the oligodendrocytes differentiation regulation mechanism of JMJD3, but also provide the theoretical evidence for clinical research of spinal cord injury.

脊髓损伤仍属临床难治性疾病之一。诱导脊髓内少突胶质细胞再生对脊髓损伤修复有重要意义，但尚缺乏有效手段。课题组前期发现，JMJD3受SAPK/JNK通路调控，抑制JMJD3使组蛋白H3二价结构域状态改变并促进脊髓损伤后神经干细胞向少突胶质前体细胞分化。据此推测，抑制JMJD3可阻断SAPK/JNK通路，进而通过重塑组蛋白H3二价结构域平衡的方式调控少突系转录因子表达，最终促进脊髓损伤后少突胶质细胞再生并改善神经功能。为证实假设，本课题拟应用JMJD3条件性诱导敲除小鼠，研究脊髓损伤后SAPK/JNK/JMJD3信号通路对神经干细胞向少突胶质细胞分化的调控作用，然后分析JMJD3敲除对组蛋白H3二价结构域所调控少突分化相关基因表达的影响，最后研究敲除JMJD3对脊髓损伤后少突胶质细胞再生及神经功能恢复的促进作用。本课题旨在探索诱导少突胶质细胞再生的途径，为脊髓损伤的临床研究提供理论依据。

目前，脊髓损伤的研究多数聚焦于诱导伤后的轴突再生。然而，通过临床工作我们发现，脊髓损伤患者多为不完全性损伤，而造成神经功能残损大多因为损伤后病灶内轴突广泛脱髓鞘，而非断裂。例如临床上常见的颈椎过伸性损伤、胸腰椎压迫性瘫痪等，均不是脊髓横断性损伤。从病理生理的角度，上述损伤发生后，脊髓内大部分轴突的基本结构尚完整，但由于广泛性的脱髓鞘及少突胶质细胞凋亡，使脊髓轴突丧失了动作电位的传到能力。换言之，有效诱导病灶内健存轴突的重新髓鞘化对于挽救神经功能具有重大的意义。此外，多数脊髓损伤的研究手段为干细胞的移植。然而，无论是种子细胞在体内的可控性，抑或是宿主的免疫排斥等方面均限制了移植治疗的临床应用场景。鉴于上述原因，本着“从临床中来，到基础中去，再回到临床”的科研思路，课题组着眼于如何促进内源性少突胶质细胞再生，并有效诱导轴突的再髓鞘化，进而促进神经功能的恢复。这使得我们的研究内容更加符合临床患者的实际情况。另外，组蛋白甲基化或二价结构域对干细胞分化的调控机制研究，多集中于胚胎或发育阶段。基于此，我们以H3K27me3的去甲基化酶JMJD3为切入点。首先发现，抑制JMJD3后神经干细胞内的高H3K27me3状态可促进脊髓损伤后神经干细胞向少突胶质前体细胞分化这一现象。通过进一步研究我们发现，JMJD3抑制后H3K27/H3K4二价结构域的制衡调控可能对神经干细胞分化谱系命运选择具有重要的调控意义，尚未见类似报道。而且通过对JMJD3进行敲除，可以促进SCI后脊髓神经功能的恢复。通过本课题的研究，我们已经发表多篇学术论文。未来的研究中，我们将继续对H3K27/H3K4二价结构域调控少突谱系分化的表观机制、行为学效应以及生物信息学进行深入探讨。综上所述，本课题无论在立题依据、研究内容方面及研究方法方面均具有创新性。并且已经通过课题的开展获得了相应的实验数据及实验结果。本课题将不仅有助于揭示神经干细胞分化过程中谱系选择的机制，而且更有望为脊髓损伤的修复和治疗提供了有的临床切入点。.