关键词:
ES细胞
神经干细胞
神经分化
组胺H3受体
组胺H3受体拮抗剂
线粒体
摘要:
组胺是脑内一种重要的神经递质或神经调质,作用于四种G蛋白偶联受体(H1-H4),其中组胺H3受体主要表达在神经元,少量在胶质细胞,具有自身受体和异身受体的双重功能,参与调节组胺和其他神经递质的释放。组胺H3受体能调控多种细胞内分子信号转导,如PI3K/AKT通路、MAPK通路、Ca2+释放等,参与突触可塑性、学习和记忆等重要生命活动,这些发现揭示了组胺H3受体对脑部功能维持具有不可或缺的作用。课题组前期研究发现在脑外伤小鼠模型中,抑制H3受体能够促进组胺的合成与释放,进而激活组胺H1受体促进神经再生。目前为止,尽管已发现编码组胺H3受体的基因在神经干细胞(Neural Stem Cells,NSCs)中表达,组胺在哺乳动物大脑发育早期(E14-E16)显示出以受体类型依赖性的方式调节大鼠NSCs增殖与分化,且能够通过激活组胺H1受体促进神经元分化。但对胚胎神经细胞分化发育中组胺H3受体的发育依赖性功能特征及机制知之甚少,亟待在生物信息代表性强的体外替代模型中进一步深入研究。胚胎干(Embryonic Stem,ES)细胞具有无限增殖和多分化潜能,体外定向分化为神经细胞过程呈现连续渐进的启动、发展和成熟阶段,可分别形成初级、后期神经前体细胞和成熟神经细胞,模拟胚胎体内神经细胞发育过程。利用ES细胞体外神经分化体系可为揭示神经网络发育和神经系统疾病提供新思路。更为重要的是ES细胞与诱导多能干(inducedpluripotentstem,iPS)细胞均为多能干细胞,两者在形态学、分化潜能、基因表达及对外界信号反应等生物学特征都几乎一致,因此,研究结果同时也为iPS细胞潜在临床应用提供有益借鉴。课题组前期利用ES细胞体外神经分化模型,发现黄酮类化合物库小分子4a经由PPAR-β-Mfn2-[Ca2+]M调控ES细胞定向神经细胞分化,膜连接蛋白Junctophilin3,4在ES细胞神经分化早期对神经极化以及轴突生长的促进作用。该分化体系同样也适用于对胚胎分化发育中组胺H3受体的发育依赖性功能特征研究。线粒体分裂融合能够调节ES细胞神经分化命运,线粒体功能激活和维持Ca2+活动在神经系统分化和发育的过程中都是必需的,也是调控神经再生的重要靶点。组胺可介导胞质Ca2+和线粒体ATP水平增加,而组胺H3受体是否通过组胺调控神经分化发育早期的线粒体动态平衡与功能尚未明确,亟待进一步阐明。随着组胺H3受体在神经系统疾病中功能的揭示,其拮抗剂在药理学方面研究也备受关注。多项研究表明,多种组胺H3受体拮抗剂在癫痫、帕金森、嗜睡症等神经系统疾病的治疗,以及神经再生过程中起到作用。其中Pitolisant是目前唯一由FDA批准的组胺H3受体拮抗剂,临床上已用于治疗发作性嗜睡症。此外,在一些正在进行的临床研究中,Pitolisant也用于治疗精神分裂症、癫痫等神经系统疾病。Pitolisant因具有低肝毒性、高生物利用度以及对组胺H3受体的高选择性受到关注。低剂量的Pitolisant能够增强脑内组胺能神经的活性,还增加了大鼠前额叶皮层和海马微透析液中的乙酰胆碱和前额叶皮层中的多巴胺。但目前尚无Pitolisant对神经发育或再生方面的研究报道。本实验采用ES细胞4-/4+体外定向分化神经细胞培养体系,模拟体内神经细胞发育过程,评价组胺H3受体拮抗剂Pitolisant对ES细胞神经早期分化发育过程中的影响,探索组胺H3受体拮抗剂Pitolisant与神经极化过程中线粒体动态平衡之间的调控关系及相关机制,以期为以组胺H3受体为靶点的调节剂在神经再生领域中的潜在应用提供实验依据。方法与结果:1.组胺H3受体拮抗剂调控小鼠ES细胞分化为早期神经细胞的作用首先利用不同浓度组胺H3受体拮抗剂Pitolisant,评价其对ES细胞增殖活力及促神经分化的效应。MTT实验结合western blot和免疫荧光结果确认,l×l0-7 M的Pitolisant对ES细胞无明显细胞增殖抑制作用,且能促进ES细胞早期神经分化为NSCs,表现为NSCs标志物Nestin、Pax6表达显著上调。l×l0-7M Pitolisant处理组ES细胞衍生的拟胚体(embryoidbodies,EBs)中Nestin荧光强度显著提高,而免疫荧光共染Nestin和Ki67结果显示Pitolisant对NSCs的增殖没有影响。因此,我们进一步考察了组胺H3受体对神经元分化成熟的影响。Western blot及免疫荧光结果显示,Pitolisant未促进神经元特异核蛋白NeuN及神经元特异蛋白TuJl的表达。接着,我们考察了 ES细胞早期神经分化中生长锥的形态变化特征。Western blot显示Pitolisant组中生长锥标志蛋白GAP43表达显著高于对照组,荧光成像结果同样显示GAP4