蛋白酪氨酸磷酸酯酶PTPa在脊髓中对髓鞘形成、再生的作用及其细胞分子机制研究

Demyelinating diseases are characterized by ubiquitous demyelination of myelin sheath during the course of diseases, which is becoming severe social problem and huge medical challenge due to absence of efficient method to cure. An understanding of the role of PTPα in myelination and remyelination and their regulatory mechanisms is critical as this could lead to the design of small molecule agonists that can promote remyelination in victims of immune mediated demyelinating diseases, result in therapies aimed at accelerating remyelination in the central nervous system (CNS). With the applications of neurobiology, stem cell biology, proteomics, and molecular biology, we will examine the physiological distribution of PTPα along the myelinated axons; To explore the effects of PTPα on the structure of axoglial interaction; To explore the role of PTPα in myelination; To investigate whether PTPα gene knockout leads to improved functional recovery in curprizone-induced demyelination animal model; To dissect the effect of PTPα on the differentiation of neural stem cell to oligodendrocyte progenitor, oligodendrocyte progenitor to oligodendrocyte, and their capacity of proliferation and maturation, which result in the role of PTPα in myelination and remyelination; To identify the up- and down-stream elements involved in PTPα signaling pathway. Then we can decipher the regulatory network of PTPα signaling in the regulation of myelination and remyelination.

脱髓鞘疾病是以髓鞘的广泛脱失为主要病理变化的一组疾病，已成为影响人们生活质量的重大社会问题和医学难题，目前临床治疗尚无肯定而有效的措施。本项目拟通过神经生物学、干细胞生物学、蛋白质组学以及分子生物学技术对蛋白酪氨酸磷酸酯酶PTPα在脊髓中对髓鞘形成、再生的作用及其分子机理进行深入研究。分析PTPα在神经元－少突胶质细胞中的表达、生理分布及其对髓鞘结构形成的影响；鉴定明确PTPα对髓鞘形成及髓鞘化状态的影响；明确PTPα对神经元脱髓鞘以及髓鞘形成和再生的作用；研究探索髓鞘形成、再生与神经干细胞、少突胶质祖细胞及少突胶质细胞间分化成熟以及增殖的关系；鉴定PTPα信号通路的上下游调控分子及其调控网络，而揭示PTPα信号通路调控髓鞘形成及再生的细胞与分子机制。可为脱髓鞘疾病的发病机理及相关调控机制提供新的认识，有望为脱髓鞘疾病靶标药物的筛选、临床治疗提供新的策略和思路，具有重要的理论与实践意义。

脱髓鞘疾病是以神经系统髓鞘的广泛脱失为主要病理变化的一组疾病，如多发性硬化是原发于中枢神经系统白质的自身免疫性脱髓鞘疾病。目前临床治疗尚无肯定而有效的措施,其确切病因和病理机制仍未阐明。本项目对PTPα在脊髓中对髓鞘形成、再生的作用及其细胞分子机理进行研究。我们的研究发现脊髓神经元及少突胶质细胞都表达PTPα并沿着髓鞘化的轴突而均匀分布；与野生型小鼠相比，PTPα的敲除引起沿着神经元－胶质细胞交界面上的横带（主要是由F3 和Caspr 组成）的较早形成；PTPα的缺陷导致了神经元轴突的高度髓鞘化和超髓鞘化，正常情况下髓鞘化很少的小神经元也具有较厚的髓鞘且髓鞘化小神经元的比率也较野生型的升高。在新生小鼠的髓鞘发育过程中，PTPα的缺陷也促进较早较快的髓鞘形成；利用Cuprizone 动物模型，研究发现PTPα的缺陷抑制了Cuprizone 诱导的脱髓鞘及脱髓鞘进程，并发现PTPα缺陷能改善脱髓鞘后的髓鞘再生；PTPα缺陷能促进脑及脊髓来源神经干细胞的增殖并促进脊髓源神经干细胞向少突胶质祖细胞的分化、减少向星形胶质细胞的分化，延迟了向神经元的分化；PTPα缺陷能促进脑源少突胶质祖细胞的增殖但抑制少突胶质祖细胞的成熟即髓鞘化，可能因为PTPα作为髓鞘化调控相关的Fyn-FAK信号通路的上游调控分子促进髓鞘化进程；并研究灯盏花素对髓鞘再生及神经干细胞增殖分化的作用及其分子机制研究，灯盏花素能够促进神经干细胞增殖，抑制神经干细胞凋亡，促进少突胶质祖细胞增殖及分化成熟，促进髓鞘再生，继而改善cuprizone诱导的多发性硬化症模型小鼠的行为缺陷。灯盏花素可能是通过调控MAPK信号通路对多发性硬化症发挥神经修复作用。我们揭示了PTPα对髓鞘形成及再生的调控作用，并对其调控的细胞分子机制进行了研究，对PTPα调控髓鞘形成与再生的细胞分子机制有了初步理解，这为更进一步揭示PTPα信号通路的上下游调控分子及其调控网络奠定了基础，为后续药物靶标筛选，提高因中枢神经系统损伤、脊髓受损等脱髓鞘病人的髓鞘再生成为可能，实现脱髓鞘疾病（如MS 疾病）的最终治愈。