周围神经移植物中硫酸软骨素蛋白多糖空间分布对轴突生长的调控作用及其机制研究

Chondroitin sulfate proteoglycans (CSPGs) inhibit axon growth, removal of which in the injured area could promote axon sprouting and growth, nevertheless disorder of axon growth and mismatch happened simultaneously. Our previous study found that the morphology and distribution of regenerative axons were related to CSPGs, but the regularity and mechanism of CSPGs spatial distribution on axon regeneration are still poorly investigated. In this project, dorsal root ganglia in vitro culture was used to study the distribution of CSPGs in the control of direction and growth rate of axon regeneration, cytoskeleton reconstruction in growth cones and the redistribution of microtubule and ATP in axon were investigated to reveal the intrinsic mechanism of CSPGs regulating axon growth; on this basis, manufacturing biodegradable nerve graft with specific CSPGs distribution to conform the effect of CSPGs spatial distribution on the direction and speed of axon regeneration both in vitro and in vivo, evaluate the improvement of functional recovery, investigate the practicalities of promoting axon growth in a rapid and orderly way (especially for long segmental nerve defec) by controlling the spatial distribution of CSPGs in plants, in summary, Our project will provide theoretical and experimental basis to optimize the peripheral nerve graft design.

硫酸软骨素蛋白多糖（CSPGs）可抑制轴突生长，清除损伤区的CSPGs虽有利于轴突发芽和延伸，但常出现无序生长和错配，CSPGs对周围神经再生轴突的导向作用有待研究。我们前期研究发现再生轴突的形态和排列与CSPGs有关，但CSPGs空间分布影响轴突生长的规律与机制尚不清楚。本项目拟用背根神经节体外培养模型研究CSPGs二维分布对轴突生长行为的影响及其规律、以及与轴突内细胞骨架蛋白的重构及ATP/ADP分布的关系，以揭示CSPGs调控轴突生长行为的内在机制；在此基础上构建CSPGs空间分布特征不同的可降解神经移植物，采用体外细胞培养和大鼠坐骨神经长段缺损修复模型研究CSPGs空间分布对轴突生长方式、方向性、速度以及神经功能恢复的影响，探讨通过调控移植物中CSPGs的空间分布以促进轴突有序、快速生长，提高长段神经缺损修复效果的可行性，为优化周围神经移植物设计提供理论和实验依据。

项目背景：因各种灾害、意外事故创伤或肿瘤切除所致的周围神经损伤在临床十分常见。我们通过文献分析及前期工作基础和预实验结果等综合分析提出科学假设：通过微管蛋白重构与分布途径，周围神经移植物中CSPGs 的空间分布可促进再生轴突有序、快速生长。本课题主要是验证上述假设并希望能为今后以CSPGs 为生物材料促进轴突有序再生，为研发周围神经移植物提供新思路。 主要研究内容：研究 CSPGs 空间分布形式对生长锥伪足延伸和轴突生长方向的影响、CSPGs作用于轴突不同部位对轴突生长速度及轴突细胞骨架蛋白分布的影响、以及CSPGs影响微管重构的机制；在此基础上构建CSPGs空间分布特征不同的可降解神经移植物，通过体外和体内实验研究CSPGs空间分布特征及释放规律与轴突生长及神经功能恢复的关系。构建了含有CSPGs成分的四种仿生神经移植物（神经套膜、神经封堵器、多通道神经导管及脱细胞神经支架），在三种神经损伤模型（神经缺损、神经切断及神经残端旷置模型）上进行了实验探索。 重要结果：阐明了CSPGs在二维空间的分布对体外DRG（背根神经节）轴突生长行为的作用与机制，检测CSPGs对轴突生长锥微管重构的作用，观察并分析了规律分布的CSPGs空间分布能够通过改变神经轴突细胞骨架结构引导轴突转向和溃缩行为。通过周围神经移植物中CSPGs的空间分布能促进再生轴突有序、快速生长，构建了三种含有CSPGs有效成分的仿生神经导管（移植物），在三种神经损伤模型上完成相关实验。总体上已明确CSPGs空间分布对轴突生长方向和速度的影响与方式，并利用 CSPGs的特性优化周围神经移植物并完成相关动物实验。主要成果：申请国家发明专利1项， 发表各类论文6篇，参加学术会议3人次；培养博士生4人,硕士生2人,出站博士后1名。