Evaluation of the Acquisition of the Aerobic Metabolic Capacity by Myelin, during its Development

髓鞘發(fā)育過(guò)程中有氧代謝能力獲取的評(píng)估

來(lái)源：Molecular Neurobiology, Volume 53, 2016, Pages 7048-7056

《分子神經(jīng)生物學(xué)》第53卷，2016年，第7048-7056頁(yè)

 

摘要

論文摘要指出，先前研究表明髓鞘中存在電子傳遞鏈和FoF1-ATP合酶，能進(jìn)行線粒體外氧化磷酸化（OXPHOS），為軸突提供能量，支持髓鞘對(duì)軸突的營(yíng)養(yǎng)作用。本研究旨在了解髓鞘發(fā)生過(guò)程中OXPHOS機(jī)制何時(shí)和如何嵌入髓鞘。使用大鼠模型，從出生后5天到90天取樣，通過(guò)Western blot、免疫熒光顯微鏡、發(fā)光測(cè)定和氧測(cè)定分析，發(fā)現(xiàn)分離髓鞘在出生后約11天開始出現(xiàn)OXPHOS組件，并隨年齡增加，約30天時(shí)類似成體。WB數(shù)據(jù)顯示髓鞘發(fā)生與線粒體融合和細(xì)胞運(yùn)輸?shù)鞍壮霈F(xiàn)之間存在時(shí)間關(guān)系，推測(cè)OXPHOS復(fù)合物可能通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和高爾基體轉(zhuǎn)移到形成中的髓鞘膜。

 

研究目的

研究目的是調(diào)查髓鞘發(fā)育過(guò)程中有氧代謝能力的獲取，特別是確定OXPHOS機(jī)制在髓鞘中出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)和方式，并探討其與髓鞘發(fā)生的關(guān)聯(lián)，以驗(yàn)證髓鞘具有能量生產(chǎn)功能的假設(shè)。

 

研究思路

研究思路采用大鼠發(fā)育模型，在不同時(shí)間點(diǎn)（出生后5、7、11、14、33和90天）取樣，分離腦勻漿和髓鞘組分。通過(guò)Western blot分析OXPHOS蛋白（如ATP合酶β亞基和ND4L）和髓鞘標(biāo)記蛋白（如MBP）的表達(dá)；免疫熒光顯微鏡觀察蛋白定位；使用丹麥Unisense電極測(cè)量氧消耗；發(fā)光法測(cè)定ATP合成；并分析內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體融合標(biāo)記的表達(dá)，以評(píng)估OXPHOS機(jī)制的發(fā)育時(shí)間進(jìn)程和潛在轉(zhuǎn)移途徑。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測(cè)量了OXPHOS蛋白（ATP合酶和ND4L）在腦勻漿和分離髓鞘中的表達(dá)水平，通過(guò)Western blot和密度定量分析。數(shù)據(jù)顯示這些蛋白從出生后5天開始出現(xiàn)，在髓鞘中于11天左右顯著增加，隨年齡增長(zhǎng)而升高（數(shù)據(jù)來(lái)自圖1和圖2）。研究意義是證實(shí)髓鞘在發(fā)育過(guò)程中逐步獲取OXPHOS組件，支持其有氧代謝能力的成熟，與髓鞘發(fā)生同步。

 

 

2 測(cè)量了髓鞘基本蛋白（MBP）的表達(dá)作為髓鞘發(fā)生標(biāo)記，通過(guò)Western blot和免疫熒光（圖2和圖3）。數(shù)據(jù)顯示MBP與OXPHOS蛋白表達(dá)趨勢(shì)一致，從11天開始增加。研究意義是驗(yàn)證髓鞘發(fā)育與OXPHOS機(jī)制嵌入的相關(guān)性，表明能量獲取是髓鞘形成的組成部分。

 

3 使用丹麥Unisense電極測(cè)量了分離髓鞘的氧消耗速率（圖4a）。數(shù)據(jù)顯示氧消耗從出生后14天開始可檢測(cè)到，并在33天和90天時(shí)增強(qiáng)，且能被NADH和ADP刺激。研究意義是直接證明髓鞘發(fā)育后期獲得功能性O(shè)XPHOS，能進(jìn)行有氧呼吸，并顯示與線粒體類似的耦合呼吸。

 

4 測(cè)量了ATP合成能力通過(guò)發(fā)光法（圖4b）。數(shù)據(jù)顯示ATP生產(chǎn)從出生后5天開始，但早期可能依賴糖酵解，而從11天起增加，與OXPHOS組件表達(dá)一致。研究意義是表明髓鞘能量生產(chǎn)從厭氧向有氧過(guò)渡，支持其軸突能量供應(yīng)角色。

5 測(cè)量了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)標(biāo)記（Calnexin）、高爾基體標(biāo)記（Giantin）和線粒體融合蛋白（OPA1）的表達(dá)（圖5）。數(shù)據(jù)顯示這些標(biāo)記在發(fā)育早期增加，峰值在14-33天。研究意義是提示ER和Golgi可能參與OXPHOS機(jī)制從線粒體到髓鞘的轉(zhuǎn)移，為膜 trafficking 機(jī)制提供證據(jù)。

 

 

結(jié)論

1 髓鞘在發(fā)育過(guò)程中逐步獲取OXPHOS機(jī)制，從出生后11天開始出現(xiàn)組件，約30天時(shí)完全功能化，與髓鞘發(fā)生同步。

2 髓鞘的有氧代謝能力依賴OXPHOS，氧消耗和ATP合成在發(fā)育后期激活，支持其能量提供功能。

3 ER和Golgi可能介導(dǎo)OXPHOS機(jī)制轉(zhuǎn)移，線粒體融合蛋白表達(dá)增加表明動(dòng)態(tài)相互作用，這可能是髓鞘能量代謝的進(jìn)化適應(yīng)。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

丹麥Unisense電極（Clark型氧微電極）用于直接測(cè)量分離髓鞘的氧消耗速率，提供OXPHOS功能的實(shí)時(shí)定量數(shù)據(jù)。測(cè)量顯示，髓鞘氧消耗從出生后14天開始可檢測(cè)（圖4a），且能被底物（如NADH）和ADP增強(qiáng)，表明功能性電子傳遞鏈和耦合磷酸化。研究意義在于首次在發(fā)育時(shí)間線上證實(shí)髓鞘獲得有氧呼吸能力：早期（5-11天）髓鞘可能依賴糖酵解，而后期（14天起）OXPHOS激活，使髓鞘能高效產(chǎn)ATP供軸突使用。電極數(shù)據(jù)還顯示，成年髓鞘（90天）有持續(xù)基礎(chǔ)氧消耗，提示OXPHOS是髓鞘的固有特性。這支持髓鞘的營(yíng)養(yǎng)角色，并解釋了脫髓鞘疾病中能量缺陷導(dǎo)致的軸突變性。此外，氧消耗測(cè)量驗(yàn)證了WB和免疫熒光結(jié)果，為髓鞘能量代謝提供了功能證據(jù)，強(qiáng)調(diào)了發(fā)育過(guò)程中能量途徑的轉(zhuǎn)換。