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本团队在Cell Regeneration杂志上发表方法学文章
发布者: 黄宁 | 2022-10-10 | 10575

经系统功能的维持需要消耗大量的ATP。线粒体通过氧化磷酸化产生ATP,是神经元细胞能量的主要来源。由于神经元轴突高度特化的结构以及ATP在轴突中有限的扩散能力,轴突线粒体的稳态对于维持神经元轴突的能量代谢与功能至关重要。在成熟的中枢神经系统神经元中,轴突一旦受到急性损伤,轴突线粒体的功能与运输均出现异常,导致受损轴突局部面临能量缺失的压力,最终将导致轴突退化以及再生失败。受限于研究方法,在动物模型中很难对损伤后轴突中的线粒体动态以及能量代谢变化进行实时观察。2005Taylor等人报道了利用微流控芯片分离神经元轴突的方法,为研究轴突损伤后线粒体稳态与能量代谢的分子调控机制提供了有力的研究工具。

2022103日,本课题组与美国国立卫生研究院盛祖杭(Zu-Hang Sheng)课题组在Cell Regeneration上发表了题为“Microfluidic devices as model platforms of CNS injury-ischemia to study axonal regeneration by regulating mitochondrial transport and bioenergetic metabolism”的文章(Methodology Article)。该研究主要通过结合微流控芯片装置与活细胞动态观察技术,为研究中枢神经系统损伤后轴突内线粒体运输、能量代谢、蛋白质合成等细胞生物学事件提供了新的研究方法

首先作者参考Taylor等人的报道设计微流控芯片,并利用该装置将体外培养的中枢神经系统神经元的轴突与胞体和树突分离。随后使用机械损伤、低糖低氧等方法模拟体内轴突损伤和脑卒中等急性应激,观察神经元轴突急性损伤后退化和再生的过程。与之前在动物模型中的研究一致,成熟的中枢神经系统神经元在受到急性损伤后出现明显的轴突退化、再生失败等表型。

使用微流控芯片建立神经元损伤与低糖低氧模型

接着,使用荧光探针GO-ATeam2实时指示轴浆中的ATP水平后发现,轴突损伤和低糖低氧状态下,轴浆、轴突末端、神经元胞体的ATP水平呈现出不同的变化趋势和应答时序。使用荧光蛋白标记轴突线粒体后发现,轴突损伤阻断轴突线粒体的双向运输,并且在损伤12h后难于恢复;而低糖低氧刺激后,轴突线粒体的逆向运输(retrograde transport)相比于正向运输(anterograde transport)表现出明显的回复趋势,暗示着神经元在两种应激之间不同的分子应答机制。