艾灸促神经胶质细胞-神经元ATP转移的突触重塑机制

Our previous studies have shown that enhancing synaptic plasticity in neurons is an important mechanism for acupuncture and moxibustion treatment to achieve neurological rehabilitation. Recently, it was found that glial neurotransmitter ATP can be transferred to neurons via the P2y1 receptor under the regulation of the IP3R2/Ca2+ signaling system, driving the elimination of old synapses and promoting the growth of predominant synapses to remold neuronal circuit construction. Thus, we speculated that "promoting neurotransmitter ATP transfer from glia to neuron may be an vital mechanism for moxibustion in promoting neurological rehabilitation." In this study, we are going to use SAMP8 mice as a rapid aging mice model and integrate with calcium signal tracing, two-photon imaging, and a variety of cellular and molecular biology techniques to figure out whether 1) moxibustion drives glia-neuron ATP transfer, old synapse deletion, predominant synapse growth, and thus achieve the role of neurological rehabilitation; 2) the significant cellular and molecular mechanism of ATP release from astrocyte and remolding of neuronal circuit. Finally, we can provide more scientific clue to explain moxibustion in promoting nerve rehabilitation based on “crosstalk between glia and neuron”.

前期系列自然基金已经证实增强神经元突触可塑性是针灸实现神经康复的重要机制。新近国内外研究前沿显示，神经胶质细胞生成的胶质递质ATP在IP3R2/Ca2+信号系统介导下可通过P2y1受体转移至神经元，驱动旧突触删除并促进优势突触生长，进而重塑突触环路。据此，本课题提出“促进神经胶质细胞-神经元胶质递质ATP转移可能是艾灸促神经康复的重要机制”的假说。将以快速老化小鼠为模型，整合钙信号追踪，双光子成像以及多种细胞和分子生物学技术，研究: 1）艾灸是否具有驱动胶质细胞－神经元ATP转移，旧突触删除，优势突触生长，进而实现神经康复的作用；2）艾灸促进AS释放ATP，重塑突触环路的关键细胞、分子机制，以期从“神经胶质细胞-神经元交互作用”的角度为科学阐释艾灸促进神经康复机制提供新的科学依据。

神经元和神经胶质细胞的交互作用是艾灸改善突触可塑性，防治脑老化的重要细胞分子机制。课题组前期大量的研究已证实针刺、艾灸可改善突触可塑性，脑能量代谢，防治神经退行性疾病。但其具体的细胞、分子机制尚不明确。基于此，本课题以APP/PS1转基因小鼠作为脑老化的研究载体，分别从艾灸改善学习记忆能力的治疗效应，艾灸对促进突触可塑性的作用，艾灸对海马基因组表达的调控作用，艾灸对神经元和星形胶质细胞的交互作用等方面展开了细胞、分子机制的研究。研究结果明确了艾灸可提高定位航行和空间探索能力等学习记忆能力。艾灸可减少病理产物Aβ和Tau蛋白在海马和皮层的沉积。艾灸能增加突触蛋白Syn，PSD95的表达，增加突触数量，增加突触膜厚度，降低突触间隙宽度，并增加树突及树突棘的数量，提示艾灸可促进脑老化鼠突触可塑性。在能量代谢方面，艾灸可改善线粒体的数量和结构，增加能量代谢物质ATP、丙酮酸、乳酸的生成。空间转录组数据提示艾灸可影响海马基因组的表达和细胞簇的类型，基因富集到突触可塑性，能量代谢等。艾灸可增加星形胶质细胞CD38、IP3R2及神经元P2y1等信号分子的表达，细胞通讯分析发现Pecam1_Cd38配受体对属于“星形胶质细胞-神经元”间相互作用的显著配受体对。抑制了CD38信号通路后，艾灸对脑老化的防治作用明显减弱。本研究从多角度揭示了神经元－星形胶质细胞的交互是艾灸防治脑老化的作用机制，为针灸促进神经康复提供了新的科学依据，相关成果可作为针灸防治神经退行性疾病研究的参考。目前发表论文18篇，其中SCI收录13篇，全面完成了研究任务。