GPR17对少突胶质细胞中乳酸产生的调控作用及机制研究

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少突胶质细胞(Oligodendrocytes,OLs)是神经胶质细胞的一种,由中枢神经系统(Central nervous system,CNS)中的少突胶质前体细胞(Oligodendrocyte precursor cells,OPCs)发育而来。成熟的OLs能够形成致密的髓鞘结构包裹在神经元轴突周围,对保证轴突上电信号的快速传导具有重要作用。近几年的研究发现,胶质细胞,特别是星形胶质细胞,能够为轴突提供代谢支持,对机体代谢稳态、神经退行性疾病的进展和恢复等方面产生影响。同时,也有部分研究发现少突胶质细胞与神经元之间存在代谢方面的关联,但是具体机制并不清楚,因此本文围绕少突胶质细胞中G蛋白偶联受体17(G-protein coupled receptor 17,GPR17)对细胞内代谢情况的调节作用及机制进行研究。本文的研究通过分离培养GPR17缺失(Gpr17-/-)小鼠和野生型(WT)小鼠中的OPCs并体外诱导分化成为OLs,探究GPR17缺失在少突胶质细胞中引起的糖类代谢变化,包括糖酵解能力、糖酵解产物乳酸的水平;另一方面,为了研究GPR17缺失后对该信号通路产生的影响,本文通过荧光定量PCR、蛋白质免疫印迹等方法检测了 GPR17下游信号通路中cAMP水平、PKA磷酸化水平和c-Fos表达水平的变化情况;然后,通过对少突胶质细胞糖酵解过程中对乳酸产生具有调节作用的蛋白变化水平进行检测,寻找GPR17缺失引起代谢改变涉及的具体机制;最后,通过使用cAMP-PKA信号通路的激活剂与抑制剂、荧光素酶报告基因系统等方法研究GPR17下游信号通路对少突胶质细胞中乳酸产生的调节作用和具体机制。本文的研究中发现,体外培养的Gpr17-/-小鼠少突胶质细胞与WT小鼠细胞相比,OPCs阶段的增殖情况没有显著区别,而在糖酵解压力测试中,GPR17缺失的OPCs和OLs胞外酸化速率(ECAR)显著升高,同时还检测到培养基中糖酵解的产物——乳酸的产生也显著增加,证明GPR17缺失会提高少突胶质细胞的糖酵解能力和乳酸产生水平;同时,GPR17缺失也引起了 OPCs和OLs内cAMP相对水平、PKA磷酸化水平和c-Fos表达水平的显著上升,证明GPR17缺失会激活cAMP-PKA-c-Fos信号通路;另外,GPR17缺失还引起了OPCs和OLs内丙酮酸脱氢酶(PDH)磷酸化和丙酮酸脱氢酶激酶(PDK1)蛋白质水平的显著上升,证明GPR17缺失激活了 PDK1的活性,导致PDH活性受到抑制;PKA的激活剂和抑制剂分别促进和抑制了少突胶质细胞的胞外酸化速率;c-Fos通过结合Pdk1的启动子调控Pdk1的转录。综合以上的实验结果可以证明,少突胶质细胞中GPR17缺失是通过激活cAMP-PKA-c-Fos信号通路对糖酵解过程中的PDK1和PDH活性进行调控,促进了糖酵解过程中丙酮酸向乳酸的转化。作为重要的能量物质和信号分子,乳酸参与中枢神经系统对于血糖、摄食等代谢稳态的调控,其浓度还与阿兹海默症等神经退行性疾病有着密切联系。本文探究了少突胶质细胞中GPR17对乳酸产生的调控作用和具体机制,为进一步了解少突胶质细胞糖类代谢方面的调控机制和解释少突胶质细胞与轴突间的代谢关系提供了依据。
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