光调控去极化对颅脑创伤后新生成体神经干细胞分化成熟的影响及机制

That induced newborn neural stem cells (NSCs) after traumatic brain injury (TBI) differentiate into functional neurons is the basis of repair of neurological function mediated by adult NSCs. It has been demonstrated that the differentiation and maturation capacity of adult NSCs is limited, and only a small part of newborn NSCs could eventually differentiate into mature neurons. Thus, it is crucial to improve the differentiation and maturation capacity of newborn adult NSCs. In vitro studies found that depolarizing electrical activity contributes to the differentiation and maturation of NSCs. Therefore, we speculate that regulating depolarization in two critical periods of differentiation may promote differentiation and maturation of newborn NSCs. However, the traditional means of depolarization are lack of specificity of time and space, which could not precisely control one class of targeted cells. Depolarization induced by channelrhodopsin-2 (ChR2) with optogenetics offers the possibility for highly spatial and temporal regulation in vivo. In this study, we would like to get the ChR2-EYFP/DCX-Cre transgenic mice depending tamoxifen by hybridization, built TBI model and implant optical fibers. Then we adopt blue light to regulate depolarization of newborn cells. The aim of this study is to investigate the effect of depolarization on the differentiation and maturation capacity of new-born cells and the underlying mechanism, which could provide new scientific basis for the improvement of repair capacity of adult NSCs after TBI.

颅脑创伤(TBI)诱导新生的神经干细胞(NSCs)分化成熟为有功能的神经元，是成体NSCs修复神经功能的首要前提。经证实，新生成体NSCs分化成熟的能力非常有限，只有小部分新生NSCs可最终分化为成熟神经元。因此，提高成体NSCs分化成熟的能力显得十分必要。体外研究发现，去极化电活动可促进NSCs分化为神经元，由此我们推测，在NSCs分化成熟的2个关键期内，通过在体调控去极化电活动可能有助于成体NSCs的分化成熟。然而，传统的去极化手段缺乏时间和空间的特异性，无法在体精确调控某一类靶细胞。光遗传学技术中光敏蛋白ChR2介导的去极化电活动，为实现在体高时空分辨率调控提供了可能性。本课题拟通过杂交获取ChR2-EYFP/DCX-Cre转基因小鼠，建立TBI模型和植入光纤导管，采用蓝光在体调控去极化电活动，探讨其对新生细胞分化成熟的影响及机制，为TBI神经功能修复提供新的理论依据和方法。

颅脑创伤（TBI）后诱导新生的 NSCs 分化成熟为有功能的神经元，是成体 NSCs 修复神经功能的首要前提，然而，新生成体 NSCs 分化成熟的能力低下，阻碍了其修复功能的发挥。本课题以尽可能提高 TBI 后新生成体 NSCs 分化成熟的能力为出发点，以光遗传学调控去极化电活动为技术依托，制备在 DCX+细胞中特异表达 ChR2(H134R)-EGFP 的腺相关病毒，立体定位注射入海马DG区，建立 TBI 模型和植入光纤导管，采用蓝光调控分化成熟关键期新生细胞的去极化电活动，通过一系列生化指标和动物行为学的改变，确立光调控去极化对 DG 区新生细胞分化成熟的影响和潜在机制，以及对 TBI 后神经功能恢复的作用。通过以上研究，课题组得出以下结果和结论：(1) 确立了TBI后海马DG区NSCs 增殖和分化的变化规律；制备了DCX-ChR2(H134R)-EGFP腺相关病毒，获得了在DCX阳性细胞特异性表达ChR2的小鼠模型。(2) 建立了一套光调控 TBI 后新生细胞去极化电活动的最佳参数方案。(3) 光遗传技术调控海马DG区DCX阳性细胞去极化电活动可促进TBI后认知功能的修复。(4) 光遗传技术调控海马DG区DCX阳性细胞去极化电活动可促进TBI后新生细胞的存活和成熟。(5) 光遗传技术调控海马DG区DCX阳性细胞去极化电活动可通过Wnt/beta-catenin信号通路促进TBI后新生细胞的存活和成熟。(6) 亚低温治疗可通过改善凋亡微环境和促炎微环境促进TBI后海马DG区新生细胞的长期存活和向神经元的分化。.本项目共发表SCI期刊论文7篇，中文期刊论文9篇；获军队科技进步二等奖1项，获武警部队科技进步二等奖1项；主编学术专著1部；培养博士生1名和硕士生2名。.本项目成果的另外2篇SCI论著，目前正在审稿中，一篇的状态是Minor Revision，另一篇是Major Revision（见正文附图）；发表后将会补充到本项目的成果库中。