文献学习少突胶质细胞环指蛋白Rnf4

背景介绍

髓鞘再生障碍导致的大脑白质损伤（例如多发性硬化症和新生儿缺氧缺血性脑病）是神经科学领域中亟待解决的问题之一。弥漫性白质损伤涉及少突胶质细胞谱系成熟依赖的脆弱性、氧化应激或其他刺激，这些因素会导致晚期OPCs分化失败[1]。在这些疾病中，本该进入分化周期、进行髓鞘再生的OPCs受到抑制，不能进入分化过程，从而造成再髓鞘失败及轴突变性，最终将导致神经功能障碍和疾病的进展。因此，了解内源性髓鞘再生失败的机制至关重要。

先前髓鞘再生机制的研究主要借助对发育时期髓鞘形成的观察，认为再生是发育的“重演”，并因此提出了“TheRecapitulationHypothesis再现假说”的观点[2]。参与髓鞘形成的几个细胞信号通路已被发现参与再髓鞘形成过程中[3]。然而，尽管发育中的髓鞘形成是强大的，但髓鞘再生却很容易失败。髓鞘发育与再生存在着广泛的差异，例如炎症对髓鞘再生过程的影响，发育时期与修复时期髓鞘厚度和轴突直径关系的差异等[4]。然而，对于是否有少突胶质固有因素在损伤环境中起作用而不是在正常发育中起作用，以及这些因素如何变得失调，目前的研究甚少。

今年10月，美国加州大学旧金山分校StephenFancy教授在Neuron上在线发表了题为“OligodendroglialRingFingerProteinRnf43isanessentialinjuryspecificregulatorofoligodendrocytematuration”的研究论文，对髓鞘再生中调控OPC分化的特异分子机制进行了探索，并发现环指蛋白Rnf43是一种仅在髓鞘再生中发挥作用的少突胶质细胞谱系特异性分子。

实验结果分析

1.Rnf43识别人类白质损伤中激活的OPCs，是Wnt信号通路的靶点

在人类白质损伤的多发性硬化MS和新生儿缺氧缺血性脑病HIE中，作者检测到Rnf43蛋白在OPCs中的表达，并且是在病变处（白质）中表达，在周围正常外观白质或者灰质中不表达。然后，作者利用PDGFRα-YFP报告基因小鼠，观察到Rnf43在成年正常小鼠的中枢神经系统中不表达，但在脱髓鞘模型小鼠的再髓鞘化过程中，它被OPCs激活并表达。

接着，作者用Wnt配体Wnt3a来刺激从正常小鼠分离的OPCs和从Olig2-cre:APCfl/fl小鼠（由于Wnt信号通路的抑制因子腺瘤性息肉病大肠杆菌（APC）条件性缺失，导致Wnt通路过度激活）中分离的OPCs，发现Rnf43mRNA的水平显著增加；同时，其他已知的Wnt信号通路靶点，如Axin2和Notum的表达也有所增加，说明Rnf43被Wnt信号通路激活。

在其他Wnt应答的组织中，Rnf43与相关的环指蛋白Znrf3一起被激活，两者在功能上相互补偿[5]。然而，作者在OL谱系中检测不到Znrf3的表达，与对照组相比，从Olig2cre:APCfl/fl小鼠分离的OPCs中，Rnf43蛋白显著上调，而在野生型和Olig2cre:APCfl/flOPCs中均未检测到Znrf3蛋白。

这些结果表明，Rnf43在OPCs中受Wnt信号调节，并且在损伤的小鼠和人类成年中枢神经系统中的OPCs中表达。

2.Rnf43在损伤环境中发挥作用，在髓鞘再生中是必不可少的

接着，作者将Olig1-cre或Olig2-cre小鼠与Rnf43和Znrf3双条件敲除小鼠杂交，得到Olig1cre:RZfl/fl和Olig2cre:RZfl/fl条件敲除小鼠。Olig1cre:RZfl/fl条件性双敲小鼠显示在P10和P14时期的多个大脑区域例如胼胝体中MBP阳性的细胞数量正常，P5时期胼胝体中PLP-DM20阳性的细胞数量也没有差异。P10和P14时期胼胝体中均可见正常数量的MAG阳性的OLs、正常的髓鞘轴突，以及观察到P21时期的正常的髓鞘形态厚度，这些结果说明在发育时期Rnf43和Znrf3对髓鞘形成不是必要的。

然后，作者使用PDGFRα-CreER:RZfl/fl小鼠（由于APC的条件性缺失，导致OPCs中Wnt信号通路了过度激活）研究在髓鞘再生过程中正常修复动力学。在使用溶血磷脂酶诱导的脱髓鞘后，作者发现，在损伤后第10天和第21天时，这些小鼠病变中的MAG阳性细胞数量和MBP显著减少，尽管Olig2阳性细胞总数没有差异。此外，损伤后第14天和第21天时病变的再髓鞘轴突数量均显著减少，同时，髓鞘厚度也有所变薄。Rnf43缺失还导致了持续的再髓鞘缺陷，在损伤后第50天时可髓见鞘厚度持续性的减少。

这些结果确定了Rnf43在损伤环境下发挥着控制OL成熟的功能，Rnf43对于再髓鞘修复具有重要的意义。

3.Rnf43通过负反馈方式调控Wnt信号通路，促进OPCs分化

既然Rnf43的作用如此重要，那么它是如何发挥作用的呢？Wnt信号是OPCs分化和成熟的抑制因素[6]。作者发现该Rnf43是控制Wnt信号通路激活的关键负反馈因子。Rnf43的缺失使OPCs对细胞外Wnt3a异常敏感，导致PDGFRα阳性的OPCs分化为MBP阳性的OLs数量减少。相反，Rnf43存在时（gainoffunction）沉默了Wnt信号通路的激活，促进了MBP表达的分化和启动。用表达Rnf43的载体转染Oli-neu细胞系，随着Wnt3a暴露量的增加，Wnt信号通路的激活减少。Rnf43还在OPCs再髓鞘形成过程中抑制Wnt信号通路。在PDGFRα-creER:-APCfl/fl小鼠和Olig1cre:RZfl/fl小鼠脱髓鞘损伤后，可以看到Wnt信号通路的靶点Axin2上调。

4.Rnf43调节OPCs膜上Frizzled1受体的表达

那么，Rnf43又是怎样调控Wnt信号通路的呢？已知Frizzled受体（Fzd）是Wnt配体的细胞膜受体，Rnf43可通过泛素化和改变Frizzled的细胞表面呈现来调节其他器官系统中的Wnt信号[5]。在Frizzled受体家族中，作者发现了Fzd1、Fzd2、Fzd6和Fzd9蛋白在培养的OPCs中表达，并且只有Fzd1发生显著改变。在Olig1cre:RZfl/fl小鼠分离的OPCs中发现Fzd1蛋白表达显著增加。在培养的OPCs上使用共免疫沉淀技术显示Fzd1和Rnf43之间存在物理相互作用。作者将表达Fzd1-血凝素（HA）融合蛋白的载体和未融合的Rnf43-GFP蛋白或对照GFP载体共转染Hela细胞，发现Rnf43促进了Fzd1从细胞表面到细胞质的亚细胞重定位。此外，Fzd1蛋白在体外和体内来自Olig1cre:RZfl/fl的脱髓鞘模型小鼠的NG2阳性OPCs中表达。

5.药物靶向OPCs上的Fzd1能够促进髓鞘再生

最后，作者进一步探究了药物抑制FZD1是否可以促进髓鞘的再生。通过直接给药、微量注射泵（Osmoticmini-pump）植入给药等方法，作者在OPC培养模型、脑片培养模型、溶血卵磷脂诱导的髓鞘损伤模型中，给予FZD1选择抑制性多肽UM处理，证实了靶向FZD1的药物可以有效降低OPC的Wnt信号通路激活水平，促进OPC分化成熟和髓鞘再生。

总结

作者利用多种基因敲除小鼠建立的髓鞘损伤模型，证明了在损伤环境下，Rnf43标记损伤病变中激活的OPCs，其表达受到OPCs中Wnt信号通路激活的调控，同时又以负反馈的方式抑制Wnt信号通路的激活，从而调节OPCs的分化和OLs的成熟。此外，还采用了针对Wnt信号通路的膜受体Fzd1的药物UM，发现其能够有效促进髓鞘再生。作者还在人体标本中证实了部分上述结论。这些结果为脱髓鞘疾病研究提供了新的理论基础。

[1]BackSA.Whitematterinjuryinthepreterminfant:pathologyandmechanisms.ActaNeuropathol.Sep;(3):-.

[2]FranklinRJ,HinksGL.UnderstandingCNSremyelination:cluesfromdevelopmentalandregenerationbiology.JNeurosciRes.Oct15;58(2):-13.

[3]GalloV,DeneenB.Glialdevelopment:thecrossroadsofregenerationandrepairintheCNS.Neuron.Jul16;83(2):-.

[4]FancySP,ChanJR,BaranziniSE,FranklinRJ,RowitchDH.Myelinregeneration:arecapitulationofdevelopment?AnnuRevNeurosci.;34:21-43.

[5]KooBK,SpitM,JordensI,LowTY,StangeDE,vandeWeteringM,vanEsJH,MohammedS,HeckAJ,MauriceMM,CleversH.TumoursuppressorRNF43isastem-cellE3ligasethatinducesendocytosisofWntreceptors.Nature.Aug30;():-9.

[6]FancySPetal.,DysregulationoftheWntpathwayinhibitstimelymyelinationandremyelinationinthemammalianCNS.GenesDev.Jul1;23(13):-85.

导师｜殷樱副教授

用了这么久了，

也还没

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