基因伙伴好坏? 决定脊髓再生或结痂?

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台湾目前脊髓损伤人数至少超过二万三千人,且每年约新增 1000 至 1200 名之案例。其中,以 20 岁到 29 岁的发生率最多,而 20 岁到 49 岁患者几乎占了三分之二。人类在脊髓损伤后,受损处会产生疤痕组织,导致不可逆的终身伤害。然而,蝾螈(salamander)在脊髓受损后,仍可复原再生。因此,许多科学家透过蝾螈这种理想生物再生模型,以揭开脊髓再生的神秘面纱。

3 月 6 日,芝加哥大学海洋生物实验室(Marine Biological Laboratory, MBL)研究团队发现蝾螈在脊髓损伤后,其胶质原纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)表现型神经胶质细胞会增殖,然后活化 AP-1 (cFos/JunB),进而允许神经管和相关神经纤维在脊髓损伤处进行功能性再生。更令人兴奋的是,该基因也存在于人类中,人类脊髓再生医疗又向前一步。研究结果发表《Nature Communications Biology》。

* AP-1(activator protein 1)是一种由 c-Fos、JunB、c-Jun、JDP 和 ATF 家族交互组成的异二聚体蛋白转录因子。

在人类脊髓损伤反应中,c-Fos 与 c-Jun 基因配对。然而,在蝾螈中,该研究团队确定用 Jun B 基因活化 c-Fos。他们在蝾螈脊髓再生期间,透过活化 miR-200a 表现而直接抑制 c-Jun 表现,然后阻断 AP-1 cFos/cJun 的形成。接着,他们进一步在蝾螈神经胶质细胞中,使 AP-1 cFos/cJun 慢性过度表现,进而导致蝾螈轴突无法再生,形成在人类损伤修复中的结痂组织。在后续研究中,他们也将进一步调查人体细胞中是否存在相反的情况。

该研究作者 Karen Echeverri 副研究员表示,与蝾螈再生相关基因在人类和蝾螈之间是高度保守的,而至今蝾螈还没有具有再生特异性基因。在脊髓受伤后,cFos 直接与谁合作决定后续的再生或形成结痂组织。如同在生活中,好的合作对象能带来真正的积极影响力。

总结以上,该研究不仅 c-Fos-JunB 异二聚体在脊髓损伤后活化神经胶质细胞以引导它们进入再生状态的关键作用之外,更确定蝾螈与哺乳动物神经胶质细胞中高度保守的早期反应异二聚体的重要分子差异。该研究结果也提供一个新策给略致力开发人类脊髓损伤以及许多神经退行性疾病新疗法的科学家,更推动再生医学往前一大步。

延伸阅读:再生医学研究重大里程碑 ── 蝾螈与真涡虫基因体定序完成

参考资料:
1. Nature Communications Biology, 2019; 2 (1) DOI: 10.1038/s42003-019-0335-4
2. http://www.fsci.org.tw/ap/news_view.aspx?bid=21&sn=6907d6d9-18ec-4901-bca4-aa56065444a9
3. https://www.mbl.edu/blog/scientists-identify-gene-partnerships-that-promote-spinal-cord-regeneration/

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