SPNS2激活1-磷酸鞘氨醇受体3信号通路调控视网膜形态发生

发布时间：2020-06-26 02:26

【摘要】：研究背景:Spinster同源蛋白2(spinster homolog 2,SPNS2)是近期被发现的1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate,S1P)的膜转运蛋白,可通过“inside-out”途径将细胞内合成的S1P向细胞外分泌,并作用于五种S1P受体(S1P receptors1-5,S1PR1-5)发挥广泛的生物学效应。SPNS2是目前唯一被证实可在体内介导S1P分泌的膜转运蛋白,该分子的发现首次阐明了体内S1P生理水平的构建和维持机制。早期研究报道了ATP结合盒(ATP-binding cassette,ABC)转运蛋白可能具有分泌S1P的功能,但其作用仅通过体外实验论证,而在ABC转运蛋白缺失的动物中并未检测到S1P浓度的改变,因此并没有直接证据证明ABC转运蛋白参与了S1P在体内的分泌过程。与之不同,多项研究证明SPNS2转运蛋白可通过调控体内S1P水平,影响多种病理生理学过程,包括心肌前体细胞迁移、血浆S1P水平维持、血管发生、淋巴细胞迁移、听觉维持、肺泡上皮细胞病理生理调节以及肝脏纤维化等。然而,目前尚无研究证实SPNS2转运蛋白可参与中枢神经系统的调控。研究目的:本实验室现拥有一株由egfp基因插入引起spns2基因突变的大鼠品系,该动物表现出明显的眼周表型,体现为出生时眼睑不闭合(eyelid-open at birth,EOB)及继发的角膜混浊、睑球粘连等。此外,我们发现spns2突变大鼠还表现出视网膜层状结构紊乱、视网膜血管发育异常等眼内表型,提示SPNS2转运蛋白可能参与视网膜的形态发生过程。因此,本课题通过分析spns2突变大鼠的眼部表型,阐明SPNS2转运蛋白在视网膜发育过程中的功能和作用机制,为探讨其在疾病治疗中的潜在价值提供理论依据。研究结果:Spns2突变大鼠视网膜层状结构破坏出现于新生期,由顶侧的微小褶皱迅速发展为外核层花环样结构。通过EOB表型挽救实验和制作人工EOB模型动物两种方法,我们证明了EOB表型不是引起新生spns2突变动物视网膜层状结构改变的原因。这种异常的视网膜形态发生过程是由视网膜前体细胞(retinal progenitor cells,RPCs)过度增殖引起的,表现为对称性有丝分裂增多和细胞周期退出延迟,这一现象与顶侧连接(apical junction,AJ)复合体的表达、分布异常有关。首先,在新生动物中spns2突变视网膜极化分子表达和分布异常的发生早于层状结构的改变,提示RPC极性的维持是SPNS2转运蛋白调控新生期视网膜发育的重要机制之一,RPCs极性缺失可能是spns2突变视网膜层状结构改变的始动因素。由于细胞极性的缺失,spns2突变视网膜中出现大量异位有丝分裂的细胞,粘附分子在大部分异位分裂的RPCs中均匀分布在细胞核周围,并等量分配到两个新生的子细胞中。粘附分子在子细胞中的分配是决定子细胞命运的重要因素,其平均分配可导致更多前体细胞的产生,这是spns2突变视网膜发生过度增殖的潜在机制之一。第二,生理条件下RPCs中粘附分子的表达量在视网膜发育后期显著降低,以促进细胞周期的退出,其分布由核周分布转变为顶侧线性分布。我们发现SPNS2/S1PRs信号通路在下调粘附分子表达水平、促进细胞周期退出的过程中发挥重要作用。SPNS2转运蛋白的缺失导致粘附分子在视网膜发育后期异常高表达,阻碍了RPCs退出细胞周期并分化为成熟神经元,这是导致spns2突变视网膜RPCs过度增殖的另一潜在机制。第三,SPNS2转运蛋白通过分泌S1P激活Rac1信号通路,诱导有丝分裂后期RPCs迁移至不同位置,并分化为合适的神经元类型。在spns2突变大鼠视网膜中有丝分裂后期RPCs的迁移过程受阻,新生神经元滞留于外核层并分化为视杆细胞,导致spns2突变视网膜外核层细胞数量显著增多,视网膜层状结构破坏。我们发现S1PR3可能是调节出生后视网膜发育过程的主要受体,在spns2~(+/+)的视网膜中下调s1pr3的表达水平可模拟SPNS2转运蛋白缺失的视网膜表型。结论:本课题首次提出了SPNS2/S1PR3信号通路参与调控出生后视网膜发育过程,该通路对于维持RPCs细胞极性、促进RPCs退出细胞周期、诱导有丝分裂后期新生神经元的迁移等过程发挥重要作用。该研究成果可为临床治疗视网膜肿瘤、眼创伤、血管性眼病等提供新的治疗策略,并为探索SPNS2转运蛋白在中枢神经系统中的功能提供理论依据。
【学位授予单位】：中国人民解放军空军军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R339.146
【图文】：

示意图,细胞核,视网膜,示意图

空军军医大学博士学位论文PCs 的细胞核在上皮内纵向迁移，这一lear migration, INM）。在 INM 过程中， 1）。当细胞核位于顶侧（近色素上皮而有丝分裂后期产生的子细胞则表现出期，细胞核继续向基底侧（近晶状体侧开始下一轮有丝分裂；其余细胞胞体与的神经元 (48, 61)。INM 同样存在于脑本模式。

示意图,神经前体细胞,有丝分裂,示意图

空军军医大学博士学位论文另一方面，AJ 复合物的表达水平直接影响神经前体细胞退出细胞周期。前期实验证明，AJ 复合物相关蛋白的持续高表达可引起细胞周期延长、神经前体细胞过度增殖以及神经上皮结构破坏 (47, 48)；相反，下调 AJ 复合物表达水平则导致神经前体细胞的不成熟分化 (72)。综上所述，AJ 复合物是调控神经前体细胞行为、维持神经上皮正常形态的关键分子结构，是研究生理和病理条件下中枢神经系统发育过程的重要靶点。

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