脑白质损伤指中枢神经系统中一个或多个区域轴突、少突胶质细胞和髓鞘的进行性变性。随着人口老龄化，中老年人群中脑白质损伤的发生率逐步增加。研究表明，脑白质损伤与认知功能障碍高度相关，尤其是工作记忆的下降。因此，脑白质损伤也被认为是认知障碍一级预防和痴呆二级预防的治疗靶点。而慢性脑缺血是脑白质损伤的主要原因，脑小血管病及颈动脉狭窄等多种脑大血管病变和脑小血管病变均会引起白质损伤。鉴于损伤过程的复杂性，目前尚无有效的临床治疗方案。因此，针对慢性缺血性脑白质损伤的治疗是亟待研究的新领域。

近日，来自南京大学医学院附属鼓楼医院的徐运团队在Advanced Science上在线发表了题为“Optogenetic Stimulation of mPFC Alleviates White Matter Injury-Related Cognitive Decline after Chronic Ischemia through Adaptive Myelination”的工作。团队基于“适应性髓鞘形成”理论，提出了治疗慢性缺血性脑白质损伤的新策略，揭示了神经活性调控在脑白质损伤及相关认知障碍中的治疗潜力。

 

研究思路及方法

1.适应性髓鞘形成

神经元和髓鞘之间存在着密切的联系。近年来研究表明，神经元活性能够影响少突系细胞的谱系进展并调控髓鞘形成，即适应性髓鞘形成。然而，目前适应性髓鞘形成相关的研究多见于发育和急性脱髓鞘疾病，在慢性脑缺血中，增加神经元活性能否促进脑白质修复目前仍不清楚。

 

2.激活BCAS小鼠内侧前额叶皮层谷氨酸能神经元改善工作记忆

我们采用野生型（WT）小鼠制备双侧颈动脉狭窄（BCAS）模型发现，造模后2个月小鼠出现认知功能障碍及白质损伤，且认知功能下降程度与白质损伤程度呈正相关。随后，通过病毒示踪技术，我们发现小鼠内侧前额叶皮层（mPFC）谷氨酸能神经元发出的神经纤维投射经过胼胝体。

 

基于此，我们利用光遗传学及化学遗传学技术调控BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神经元的活性。在BCAS模型46天后，对目的神经元进行连续15天的刺激。电生理检测结果显示，相比于假手术（Sham）小鼠，BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神经元活性降低，而光/化学遗传学刺激提高了BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神经元活性。采用Y迷宫和T迷宫对工作记忆进行检测，发现BCAS后小鼠工作记忆出现障碍，而激活mPFC谷氨酸能神经元显著改善BCAS小鼠工作记忆。此外，旷场实验表明，BCAS造模及光/化学遗传学刺激不影响小鼠的情绪及运动功能。

 

3.激活BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神经元改善脑白质损伤

随后，我们分别采用黑金染色、免疫荧光和Western blot技术检测胼胝体区域的白质完整性，发现相较于Sham小鼠，BCAS小鼠出现白质损伤，神经元的激活则改善了BCAS小鼠的脱髓鞘病变。利用透射电镜检测胼胝体区域髓鞘厚度，发现神经元活性的提升改善了慢性脑缺血引起的髓鞘厚度减低。采用磁共振成像检测，发现BCAS造模后小鼠胼胝体区域各向异性分数（FA）降低，化学遗传学刺激提高了BCAS小鼠的FA值。通过胼胝体复合动作电位检测发现，化学遗传学刺激改善了BCAS小鼠的轴突传导速率损伤。

 

4.激活BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神经元促进少突胶质前体细胞分化

为了进一步研究脑白质改善与少突胶质细胞谱系进展的关系，利用免疫荧光技术分别标记少突系细胞、少突胶质细胞（OLs）及少突胶质前体细胞（OPCs）。发现相较于Sham小鼠，BCAS小鼠胼胝体区域OLs的数量及其在少突系细胞中的占比均减少，少突胶质前体细胞的数量增加。神经元激活后OLs的数量及其在少突系细胞中的占比增加。

 

5.激活BCAS小鼠mPFC谷氨酸能神经元上调Wnt2的表达

为了进一步探究mPFC谷氨酸能神经元激活改善脑白质损伤的潜在机制，我们采用基于微阵列的基因组学分析对BCAS小鼠及光刺激后BCAS小鼠的mPFC组织进行检测。结合相关数据库筛选神经元激活后差异表达且翻译产物为神经元特异性分泌型蛋白的基因，利用qPCR验证发现Wnt2是显著变化的基因。同样的，化学遗传学刺激后BCAS小鼠mPFC组织中Wnt2的表达上升。对Wnt2的细胞来源验证表明Wnt2在皮层神经元中高表达。利用免疫荧光检测Wnt2在神经元中的表达及分布，发现激活mPFC谷氨酸能神经元后，激活神经元中的Wnt2表达显著上调，且胼胝体区域神经元轴突Wnt2的表达亦上升。

 

6.过表达Wnt2改善BCAS小鼠的脑白质损伤及工作记忆障碍

为了进一步探究mPFC谷氨酸能神经元中Wnt2的作用，通过注射腺相关病毒，在mPFC谷氨酸能神经元中过表达Wnt2。通过行为学测试，发现Wnt2过表达改善了BCAS小鼠的工作记忆并且不影响小鼠的情绪及运动能力。利用磁共振成像检测，发现Wnt2过表达后BCAS小鼠胼胝体区域FA值上升。分别采用黑金染色和免疫荧光检测胼胝体处的白质完整性，发现Wnt2过表达改善了慢性脑缺血引起的髓鞘损伤。利用透射电镜检测胼胝体处髓鞘厚度，发现相比较于BCAS小鼠，Wnt2过表后BCAS小鼠髓鞘厚度增加。此外，通过体内外实验也进一步证实Wnt2能够促进OPC向少突胶质细胞进一步分化。

研究总结

在此项研究中，我们发现慢性脑缺血模型小鼠存在认知功能下降与脑白质损伤，其内侧前额叶皮层（mPFC）向胼胝体发出神经纤维投射。运用光/化学遗传学手段激活小鼠mPFC谷氨酸能神经元促进了胼胝体区域白质修复并改善了工作记忆。机制方面，谷氨酸能神经元激活上调Wnt2的表达，其通过促进少突胶质前体细胞的分化以改善脑白质损伤。本研究揭示了神经调控在改善脑白质损伤及相关认知障碍中的治疗潜力。

 

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作者简介

南京大学医学院附属鼓楼医院徐运教授、刘品一博士为该论文的通讯作者，邓世佶博士生、舒姝博士、翟利利博士为论文共同第一作者。