中枢神经损伤修复与功能重建中胶质细胞的作用及意义文档格式.docx

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7）力争获得具有临床应用前景的研究结果，获得10项以上国家发明专利，为研制治疗神经损伤的新药创造条件。

力争有1-2个创新药物展开临床前研究。

8）力争培养若干名长江学者、国家杰出青年等优秀青年学者、培养一批优秀的博士与硕士研究生。

打造一支具有国际竞争力研究队伍。

9）建立国际先进的神经损伤修复与功能重建基础研究平台。

三、研究方案

学术思路与技术途径

中枢神经损伤修复是当今神经科学最重要的研究领域之一，也是难点之一。

目前的工作主要集中在对神经元本身的研究，虽然取得较大进展，但对一些关键环节的了解仍然有限。

由于相关基础研究的局限，限制了临床治疗手段，迫切需要从新的角度探索并实现突破，从而为寻找新的治疗策略提供基础。

国内外越来越多的证据提示，中枢神经系统的损伤，不仅仅仅涉及神经元，还有胶质细胞、血管等细胞与组织。

因此神经的修复与功能重建必须运用整体的观念系统考虑胶质细胞反应、血管新生和功能调制等综合因素。

损伤后神经元的存活、新生、再生、环路重建主要取决于局部微环境环境改变。

因此，神经元－胶质细胞－血管单元的协调、共生是有效修复与功能重建的基础。

为此，本项目设立了紧密联系又各有侧重的五个课题组：

1、神经损伤中胶质细胞作用及调控机制：

主要研究神经损伤修复过程中胶质细胞的反应和胶质细胞对神经元作用的分子机制，着重探索神经元－胶质细胞相互作用的基础。

2、轴突再生与髓鞘修复：

聚焦神经再生的最关键环节―轴突再生，探讨影响轴突生长的内在与外在因素，并综合考量少突胶质细胞与嗅鞘细胞在髓鞘修复中作用的分子机制。

3、神经保护干预的新标靶研究：

主要针对神经损伤后的第一要务，即保护神经促进存活。

重点研究胶质细胞和神经元特异分子标靶，设计既能针对性（胶质细胞出现的问题）地保护，又最大限度地避免（对神经元的）非特异的副作用。

4、神经干细胞分化与神经损伤后的环路重建：

主要研究神经细胞分化、存活、迁移及与局部环路整合，克服神经干细胞治疗的瓶颈，并探索将损伤导致的胶质疤痕细胞转化成神经元的可能性。

5、神经损伤后功能重建及其结构基础：

，关注神经元－胶质细胞－血管单元的协调、共生作用，并运用光感基因技术调控特定神经元或胶质细胞活动再建功能环路。

建立多模式影像学技术、神经元集群活动分析技术，实时检测神经损伤修复过程。

研究方案从关注损伤修复过程中神经元－胶质细胞相互作用的前沿科学问题（课题一、课题二）出发，向保护神经元、促进再生修复的应用基础研究（课题三、课题四）过渡，并探索功能重建的有效方案和实际应用的可能性（课题五）。

从而实现多层次、多角度、递进性、综合性地研究神经损伤修复与功能重建基础的技术路线。

创新点与特色

神经元的再生修复与功能重建，有赖于包围神经元的胶质细胞环境的改善。

鉴于以下事实：

1、神经生长依赖胶质细胞产生的营养与支持物质；

2、目前发现的抑制神经元突起生长、髓鞘再生的内源性分子也多是胶质细胞所产生；

3、神经损伤后释放的引起继发损伤的多种有害分子需要胶质细胞清除。

我们有理由认为，神经元生长环境的改善，即各种胶质细胞特性和功能的改善是调控CNS损伤后的神经再生和修复的关键因素。

为此，我们将围绕胶质细胞在神经损伤、再生修复与功能重建中的作用这一主题开展研究。

这是本项目学术思路的核心，体现了本项目的重要创新和鲜明特色。

神经的再生与功能重建是系统工程，单纯着眼于神经元的修复，在临床治疗取得成功的可能性微乎其微。

目前神经再生修复进展缓慢也充分说明了这一点。

为此，本项目强神经再生的微环境因素和“系统协调”的学术思路：

1、不仅重视轴突的再生，而且重视髓鞘的重建；

2、不仅针对神经元，而且重点针对胶质细胞干预促进神经保护；

3、不仅考虑神经元环路重塑，而是将神经元-胶质细胞－血管单元作为整体来实现神经修复与功能重建。

因此，“系统、协调、共生”的整体观念是本项目研究的重要特色。

强化源头创新，是本项目的又一重要特点。

胶质细胞分泌、迁移不仅是胶质细胞重要的基础科学问题，而且是影响神经再生修复的关键因素，本项目在这一领域有突出优势，将有力促进神经再生、修复与功能重建研究。

另外，我们将针对在神经再生中有特异促进作用的嗅鞘细胞，筛选鉴定促进神经再生的新蛋白；

针对在髓鞘再生中起关键作用的少突胶质细胞，筛选鉴定促进髓鞘重建的关键分子；

针对在损伤反应中起重要作用的星胶质细胞和小胶质细胞，筛选鉴定新的调控因子。

这些从源头入手的探索，有可能成为本项目的创新亮点。

新技术的运用、建立对于推动神经再生、修复与功能重建研究的深入发展，具有重要作用。

本项目不仅运用传统的基因表达与沉默技术，而且建立、发展选择性调控胶质细胞特定分子的技术方法；

不仅运用光感基因技术调控特定神经元活动，而且将其用于调控特定胶质细胞活动；

另外，我们将利用学科交叉优势，建立多模式影像学技术、神经元集群活动分析技术，并运用于活体实时检测神经损伤修复过程。

这些新技术的运用、建立不仅体现了技术方法的集成创新，而且将有力推动神经再生、修复与功能重建研究的进步。

可行性分析

本项目是在项目组成员主要研究工作的基础上，经过分析该领域国内外研究现状后提出的。

项目组成员在胶质细胞在神经再生修复与功能重建中的作用这一研究领域，有较好的工作与知识积累。

段树民实验室发现，星形胶质细胞溶酶体具有分泌功能，释放大量的ATP和溶酶体水解酶可能会加重神经损伤（Zhangetal.NatureCellBiol2007B）；

胶质细胞对突触活动的调制（Yangetal.PNAS2003;

Zhangetal.Neuron2003;

Geetal.Science2006）。

吴武田实验室发现，敲除或抑制少突胶质细胞的LINGO-1，可促进神经损伤后髓鞘再生和轴突功能的恢复（Mietal.NatureMedicine2007）。

周立兵等发现遗传性皮质脊髓束剥夺，并未影响小鼠的肢体运动功能（Zhouetal.Science2008）。

何成实验室发现嗅鞘细胞基因修饰，使其高表达胶质细胞营养因子后移植到损伤脊髓，能够显著改善脊髓损伤后的功能修复（Caoetal.Brain2004）。

王伟实验室提出神经元与胶质细胞的细胞周期以及调控机制存在本质差异，通过调控细胞周期，可达到抑制神经元凋亡及胶质细胞过度活化增殖的双重疗效（Wangetal.ProgNeurobiol2009）。

朱东亚等发现脑损伤后CREB激活诱导神经发生（Zhuetal.ProcNatlAcadSciUSA2004）。

杨国源在国际上首创小鼠大脑中动脉缺血再灌注损伤模型，并对脑损伤机制进行了深入系统研究。

本项目的一些研究内容是原有研究延续与深入，具有扎实的基础，有较强的可行性。

本项目的研究队伍由来自国家985高校的浙江大学医学部、北京大学医学部、上海交通大学、复旦大学、中国科学技术大学和211工程大学的第二、第四军医大学、华中科技大学同济医学院、南京医科大学、暨南大学医学院以及实力雄厚的中国科学院上海药物所、北京生物物理所的研究骨干组成。

依托于卫生部医学神经生物学重点实验室、卫生部神经生物学重点实验室、教育部神经系统重大疾病重点实验室、教育部分子神经生物学重点实验室、国家新药研究重点实验室等国家与省部级研究基地。

技术平台先进、全面，仪器设备齐全。

参与本项目成员主要为来自研究一线的从事神经损伤、修复与功能重建和胶质细胞功能的学者，具有丰富的科研经验；

团队拥有中国科学院院士一名、长江特聘教授三名、国家杰出青年基金获得者五名、中科院百人计划四名以及许多优秀的中青年学术骨干。

不仅有基础生物医学研究工作者，而且有临床医生，还要从事信息研究和药物研究的学者，形成了一支综合交叉、特色鲜明的研究队伍。

基于上述因素综合考量，我们认为，本项目具备了取得重大突破的可行性。

课题设置:

课题一：

神经损伤中胶质细胞作用及调控机制

主要研究内容:

要解决的关键问题和课题思路：

普遍认为神经损伤引起的星形胶质细胞和小胶质细胞激活（包括细胞形态改变，某些分子的表达水平，细胞分泌、运动和吞噬活动等功能的变化）是影响神经损伤和修复的关键因素，但引起胶质细胞激活的机理、本质和意义并没有得到深入研究，制约了从干预胶质细胞激活的角度来开发治疗神经损伤的手段。

本课题组织了对胶质细胞基础研究有良好背景的研究团队，将从分子细胞水平深入研究神经损伤后星形胶质细胞和小胶质细胞的反应、功能和特性变化及其分子机制。

通过分析比较不同胶质细胞分泌组分，鉴定出具有促进神经修复的新分子，从而深入揭示胶质细胞反应和变化对神经损伤修复的影响。

该课题的研究成果将为其它几个课题提供基础。

预期目标:

阐明诱导小胶质细胞和星形胶质细胞胞饮、和溶酶体胞吐的信号转导机制及其在神经损伤修复中的作用。

明确星形胶质细胞受到损伤刺激后发生增殖的信号机理和反向分化特征，找出它们与神经前体细胞不同的分化命运决定信号系统。

鉴定出特异胶质细胞分泌的2－3种新分子并明确其对神经再生和生长的功能。

申请国家专利1-3项，在有重要国际影响的杂志发表8-12篇研究论文。

承担单位：

浙江大学、北京大学、第二军医大学

课题负责人：

段树民

学术骨干：

于常海，何成，向正华，沈颖

预算经费：

28%

课题二：

轴突再生与髓鞘修复

中枢神经损伤后修复和功能重建的主要障碍除了神经元难以再生以替代损伤死亡的神经元外，另一个关键环节就是损伤的轴突难以再生和再髓鞘化，不能生长和导向到正确靶细胞形成功能性联系。

后一矛盾在脊髓外伤中尤为突出：

受损脊髓累及了上下传导的神经轴突，虽然损伤脊髓断面上、下的中枢神经元仍然存在，但由于它们上下行的轴突受损后难以生长并穿过受损区到达靶细胞，致使其功能丧失，导致运动和感觉障碍。

针对这一突出问题，我们设置本课题，组织了在脊髓和视神经损伤研究领域有着良好基础的研究团队，利用多种具有不同特色和优势的神经损伤动物模型（包括经典的脊髓损伤动物模型、遗传性皮质脊髓束剥夺动物模型以及斑马鱼视神经损伤模型），深入研究神经元轴突再生和生长导向、少突胶质细胞与神经元相互作用机制及其对髓鞘再建的影响，神经环路重塑和功能代偿基础等具体分子细胞机制，探索改善轴突生长微环境、促进神经损伤的修复和功能重建的机理和新策略。

阐明zlingo-1、Celsr3等分子及介导细胞在轴突、再生、导向和髓鞘再建中的作用及机制，揭示神经通路代偿中神经元环路和胶质细胞网络重塑机制，明确脊髓运动神经元的轴突再生过程中星形胶质细胞的作用及其机制，鉴定2－3种源自少突胶质细胞能够促进轴突再生与髓鞘修复的新调控因子。

为临床先导化合物的初筛和作用机制的研究提供平台。

在有重要国际影响杂志发表7-10篇研究论文。

暨南大学、中国科技大学、第四军医大学

吴武田

胡兵，周立兵，游思维

19%

课题三：

神经保护干预的新标靶研究

神经损伤后的首要任务是保护神经元，减少神经损伤，这在脑中风等以神经细胞死亡为特征的神经损伤疾病中尤为重要。

过去有关神经保护的研究，多从神经元本身的角度考虑，所得到的研究结果也多不能区分是对神经元的作用还是对胶质细胞的作用。

本课题组织了在临床神经疾病、神经药理和研发等领域有很好研究背景的团队，从神经元生存的胶质细胞环境这一角度出发，研究胶质细胞重要特性和特殊功能及其在神经损伤后的变化及意义，探讨通过干预神经损伤后胶质细胞功能而达到改善神经元生存环境、促进神经元存活和神经修复的目的，为寻找神经保护靶点提供新的思路和依据。

明确神经损伤修复过程中神经元和胶质细胞细胞周期不同调控机制、确定胶质细胞特异代谢活动和MicroRNAs对神经损伤修复中的影响，阐明组胺对胶质细胞活化与功能的调节机制。

申报3-5项国家专利，在有重要国际影响杂志发表6-9篇论文。

华中科技大学、浙江大学，中国科学院药物研究所

王伟

陈忠，镇学初，连晓媛

20%

课题四：

神经干细胞分化及其与神经环路的整合

由于干细胞移植所具有的来源、伦理、成瘤和免疫排斥等问题限制了其在临床的应用，如何改善内环境，促进内源性神经干细胞的增殖分化、存活及其与神经环路的整合可能具有更重要的意义。

神经损伤产生的炎症反应、神经元过度兴奋及胶质细胞激活等病理性内环境可能是决定神经干细胞增殖分化及新生神经元存活的关键因素。

鉴于此，本课题组织了在神经损伤和干细胞研究领域有良好工作基础的研究团队，重点研究内源性神经干细胞特性及其与成熟神经元和胶质细胞的相互作用，研究神经损伤时所产生的内环境变化对神经干细胞定向分化及存活的调控机制，探讨利用基因操作技术将损伤区增生的星型胶质细胞重编程分化为神经元的可能性。

通过这些研究寻找促进损伤组织中新生神经元存活及其与局部神经环路整合并发挥功能代偿的有效途径。

深入认识nNOS在不同神经细胞的亚细胞定位对神经元命运的影响，明确神经损伤修复过程中放射状胶质细胞特性转化的意义，揭示神经损伤引起的内环境变化影响神经干细胞定向分化及存活的机制，力争在损伤区增生的星型胶质细胞重编程分化为神经元方面有重大突破。

申报国家专利2-4项，在有重要国际杂志发表论文7-10篇。

南京医科大学，复旦大学，华中科技大学，浙江大学

朱东亚

杨振纲，刘修鑫，郑铭豪

14%

课题五：

神经损伤后功能重建及其结构基础

CNS损伤后的修复与功能重建是复杂和艰巨的挑战，必须进行多方面的探索，尽可能应用多学科的综合手段。

损伤区（如缺血半暗带，损伤区域周围水肿带）是治疗的主要靶点，损伤区发生和发展可能与兴奋性氨基酸介导的Ca2+超载、中性粒细胞聚集导致微血管阻塞、梗死周围组织细胞去极化和细胞凋亡有关。

但已有的证据中并不能找到充分支持脑损伤发病机理的证据。

神经血管单元损伤概念的提出，以及对其整体结构和相关功能进行深入研究，是目前影像学，特别是分子影像学研究的热点之一，通过激光共聚焦显微镜、扫描电镜、磁共振、Micro-CT、PET/CT技术，不仅可提供准确的解剖学的信息，还可通过化学位移成像，在损伤超急性期和急性期检测到分子的改变。

扩散张量成像（DTI）技术则可通过平均扩散系数和部分各向异性（fractionalanisotropy）等参数显示损伤中心区细胞细微结构的破坏程度。

应用多模式影像技术，可以在活体内对靶向生物大分子和生物进程进行定量的、可重复的成像，动态了解细胞和分子水平的变化。

运用光感基因神经调控技术,可以实现对特定类型神经元的控制。

结合光感基因神经调控技术和神经集群记录等工程技术，在整体水平研究特定神经环路中目标神经元的活动模式，建立相应的“刺激-响应”模型，研究神经环路在神经损伤和修复过程中的作用机制，通过对受损神经环路的干预，实现神经回路的桥接和功能重建。

本课题组织了具有不同学科背景和特色的研究队伍（包括医学基础、临床医学、影像检测、脑-机接口和信息工程各领域的专家），利用学科交叉优势、先进的功能检测技术和独特的研究手段，探讨CNS损伤后神经环路重建和功能代偿的结构基础，从多个角度寻找新的突破点。

同时，该课题组成员将在组内及与其他课题组之间密切合作，相互支持，作为该项目协作交流的平台。

课题组长是从事脑缺血损伤基础研究的资深科学家，近年来尤其对交叉医学科学和技术感兴趣，目前任交通大学交叉医学（Med-X）研究院副院长，有交叉学科协作研究经验。

明确损伤后新建立的功能区血管神经单元结构与功能改变的有效性证据与分子机制；

阐明脊髓损伤后神经根移位后中枢环路代偿特征和机制。

应用多模式影像学等技术揭示神经损伤修复和功能重建的动态过程、分子机理和结构基础。

力争建立通过干预受损神经环路，实现神经回路桥接和功能重建的新技术。

申报国家专利2-5项，在有重要国际影响杂志发表论文6-10篇

上海交通大学，中科院生物物理研究所。

浙江大学，第二军医大学

杨国源

王晋辉，张宏，封洲燕，侯春林

课题间相互关系：

中枢神经损伤后功能能否重建取决于四个关键环节：

神经轴突生长和重新髓

鞘化、神经元存活、神经元的新生及其与神经环路的整合、以及神经环路的重建

及功能代偿。

围绕这四个关键环节，基于胶质细胞环境可能是调控成年CNS损

伤后修复的关键因素这一认识，我们组织了五个团队从不同角度深入研究CNS

损伤修复过程中神经元和胶质细胞相互作用机制及其意义，探讨损伤修复和功能

重建的基础，从新的角度寻找有效干预途径。

这些团队既有不同研究背景和分工

明确的课题，又有交叉协作，互补互助。

课题一集中了胶质细胞基础研究专家，

主要研究神经损伤修复过程中胶质细胞的反应和胶质细胞对神经元作用的分子

机制，探索神经元和星形胶质和小胶质细胞相互作用的机制和意义，是神经损伤

修复中有共性和普遍意义的研究。

该组的研究成果为其他课题组提供基础支持。

第二课题组集中了脊髓损伤和轴突生长及其导向研究领域的专家，关注神经再生

的第一个环节―即神经元轴突损伤后（脊髓损伤和视神经损伤的主要矛盾）神经

纤维再生及其髓鞘再建，探讨影响轴突生长的内在与外在因素，并研究少突胶质

细胞与神经元的相互作用及其对轴突生长和髓鞘再建的影响。

第三课题组集中了

神经疾病临床基础研究和神经药理研究专家，主要针对神经损伤修复的第二个关

键环节，即保护神经元存活的问题（是脑外伤和脑卒中的主要矛盾），重点研究

胶质细胞和神经元特异分子标靶，设计既能针对性（胶质细胞出现的问题）地干

预，又最大限度地避免（对神经元的）非特异副作用的策略。

第四课题组则集中

了神经干细胞研究专家，针对神经损伤修复的第三个环节，即神经元的新生及其

与神经环路的整合，研究神经损伤后内源性神经干细胞的增殖、分化、存活、迁

移及与局部环路整合的分子机制，并探索将损伤导致的胶质疤痕细胞转化成神经

元的可能性。

力争克服神经损伤后神经干细胞难以产生足够有功能的神经元的瓶

颈。

神经损伤修复的第五个关键环节-神经环路重建和功能代偿，是一个复杂系

统问题，为此我们在第五课题组集中了综合交叉领域专家，包括神经损伤基础研

究专家、脊髓损伤治疗和研究的神经外科专家、多模式影像检测专家、以及神经

信息编码和脑-机接口专家。

我们期望不同领域专家在面对这一共同感兴趣的挑

战性问题时，利用交叉优势、充分协作交流，碰撞出新的火花。

该课题将应用先

进的动态在体多模式影像功能检测技术结合分子生物学及微观分析手段，对神经

元－胶质细胞－血管单元功能重建、脊神经移位嫁接后中枢环路重塑和神经功能

代偿等复杂环路机制进行深入研究和综合动态分析，并运用光感基因技术调控特

定神经元或胶质细胞活动、结合神经元集群活动分析技术，实时检测神经损伤修

复过程，探讨促进神经环路再建和功能代偿的新途径。

四、年度计划

年度

研究内容

预期目标

第

一

年

1、研究损伤等刺激对小胶质细胞溶酶体胞吐的影响极其信号转导机制；

研究诱导胶质细胞吞饮活动的信号机制。

2、分析与鉴定星形胶质细胞、OECs等胶质细胞特异分泌蛋白，并检测这些蛋白在体外培养和体内胶质细胞中的表达情况。

3、损伤前及损伤后各时程各种骨架蛋白mRNA和蛋白的动态变化以及在用细胞激活过程中的相互作用关系。

4、P2受体在中性粒细胞迁移和激活过程的可能作用:

分离纯化中性粒细胞，用P2X和P2Y受体激动剂或/和拮抗剂，观察P2X和P2Y受体各亚型在中性粒细胞迁移中的可能作用及其可能信号传导机制。

5研究以Celsr3表达为特征的介导细胞导向轴突生长基本的生物学特性。

6、研究遗传性传导束剥夺动物模型的培育、鉴定、运动相关神经结构的代偿情况。

7、鉴定斑马鱼zLINGO-1等因子的基因表达及时空图谱。

8、绿色荧光蛋白嗅鞘细胞的分离、培养和纯化，制备过表达CNTF的转基因嗅鞘细胞；

眼玻璃体腔内移植嗅鞘细胞对视神经损伤修复的作用。

9、建立动物脊髓损伤模型，研究SCI后损伤区域的胶质神经血管病理变化以及行为学功能障碍。

10、研究分别和同时促进磷酸戊糖旁路、抑制乳酸生成性糖酵解通路和促进三羧酸循环，对星形胶质细胞产生GSH和Gln以及摄取和处理Glu的影响及其作用机制。

11、研究缺血早期和后期组胺能神经系统特征。

12、分析神经损伤性疾病中神经胶质细胞的miRNAs表达变化；

体外表达Gt-1细胞模型。

13、建立小鼠和大鼠成年神经干细胞培养技术，以及诱导分化、谱系鉴定、存活、迁移等方法；

建立成年神经干细胞与原代神经元及组织移植块共培养技术；

建立成年神经干细胞在正常及损伤脑组织的移植及追踪标记技术。

14、建立胚胎和出生后小鼠脑薄片标本制备、全细胞膜片钳技术和双光子单细胞刺激技术，以及建立损伤组织中新生神经元标记及电生理功能鉴定方法。

15、优化Sp8条件敲除小鼠的培育条件及表型鉴定。

16、研究神经干细胞核内的nNOS对自身生物学功能的调控作用及成体神经干细胞分化过程中nNOS的亚细胞移位。

17、利用双光子显微细胞成像技术系统地分析生理和病理条件下不同类型神经元、胶质细胞和血管活动特征。

18、探索磁纳米颗粒或分子影像探针标记EPC，建立脑损伤模型（如实验性脑缺血），并进行EPC移植。

19、建立和确认小鼠iPS干细胞与ES干细胞系；

建立和完善大鼠脑梗模型。

20、建立动物模型，