《Neuroscience》：Altered cerebral thyroid hormone, WNT and NOTCH signalling and impaired myelination following intrauterine growth restriction in rats
编辑推荐：
本研究通过大鼠模型，发现IUGR幼崽早期脑白质髓鞘形成减少和少突胶质细胞成熟延迟，可能与甲状腺激素信号减弱及WNT/NOTCH信号增强有关，揭示了IUGR相关脑损伤的分子机制。
阿米娜特·阿扎恩（Aminath Azhan）| 安吉拉·L·坎伯兰（Angela L. Cumberland）| 吉内芙拉·钦卡里尼（Ginevra Chincarini）| 米凯拉·巴雷西（Mikaela Barresi）| 纳迪亚·黑尔（Nadia Hale）| 大卫·H·罗维奇（David H. Rowitch）| 弗洛拉·王（Flora Wong）| 大卫·W·沃克（David W. Walker）| 玛丽·托尔科斯（Mary Tolcos）
里奇中心（The Ritchie Centre）、哈德逊医学研究所（Hudson Institute of Medical Research）和莫纳什大学（Monash University），澳大利亚维多利亚州克莱顿（Clayton），邮编3168
摘要
宫内生长受限（IUGR）与大脑发育障碍有关，包括髓鞘形成不全。临床前研究表明，IUGR中的髓鞘形成减少可能是由于少突胶质细胞成熟延迟所致，但其机制尚不清楚。我们研究了正向（甲状腺激素，TH）和负向（WNT和NOTCH信号通路）调节因子在少突胶质细胞成熟和髓鞘形成中的表达变化是否导致了这种延迟。我们在胚胎第18天通过双侧子宫血管结扎诱导妊娠大鼠发生IUGR；对照组则进行假手术。在出生后第7天（P7）、第14天（P14）和第35天（P35），我们通过免疫染色评估了少突胶质细胞（Olig2、APC）和髓鞘化纤维（MBP），并在大脑白质中使用RT-qPCR测量了TH相关基因和WNT/NOTCH通路基因的表达（仅P7和P14）。我们发现，IUGR后代在胼胝体（P7）和外包膜（P7和P14）的MBP免疫反应性降低，且P14时APC阳性少突胶质细胞密度下降。P35时这些指标没有差异，各年龄段的Olig2阳性细胞密度也没有差异。P7时，IUGR大脑中的、和（WNT/NOTCH通路相关）表达增加，而、、Dio1和Dio3>（TH信号通路相关）mRNA表达降低，到P14时两组之间没有差异。 mRNA表达的降低通过免疫组织化学分析得到证实。我们的发现表明，TH、WNT和NOTCH信号通路的改变可能与IUGR中的少突胶质细胞成熟和髓鞘形成障碍有关，为理解IUGR婴儿白质损伤的机制提供了见解。
引言
由于慢性胎盘功能不全导致的胎儿生长障碍可引起缺氧、低氧血症、内分泌失调以及胎儿营养转运减少，最终导致宫内生长受限（IUGR），即胎儿无法达到其最大生长潜力（Arroyo和Winn，2008）。在发达国家，IUGR的发生率为4-8%，是围产期发病率和死亡率的主要原因（Bernstein等人，2000）。足月或接近足月出生的IUGR婴儿患脑瘫的风险增加（Blair和Nelson，2015），脑瘫是一组与脑损伤相关的运动障碍，包括白质损伤和髓鞘形成不全。髓鞘形成减少还与长期神经发育缺陷有关，这些缺陷在IUGR婴儿中常见（Batalle等人，2012；De Bie等人，2010；Geva等人，2006；Lauritz等人，2012；Walker和Marlow，2008）。
虽然最初认为缺氧-缺血性脑损伤后前少突胶质细胞的氧化应激和死亡是胎儿大脑髓鞘形成不全的原因（Back等人，1998），但最近的证据表明，在缺氧-缺血性脑损伤的啮齿动物模型（Segovia等人，2008）以及有白质损伤的早产儿（Billiards等人，2008；Buser等人，2012）中，少突胶质细胞成熟延迟也是一个因素。同样，在IUGR啮齿动物大脑中也观察到了少突胶质细胞成熟延迟和髓鞘形成减少（Baud等人，2004；Reid等人，2012；Tolcos等人，2011），但这些变化的分子机制仍不清楚。
少突胶质细胞的发育受到促进其分化和成熟的因素（如甲状腺激素[TH]、胰岛素样生长因子）（Barres等人，1994；Billon等人，2002；Chincarini等人，2024；Finzsch等人，2008；He和Lu，2013；Li等人，2007；Pagnin等人，2021）或抑制其分化和成熟的因素（如WNT和NOTCH信号通路）（Fancy等人，2009；Feigenson等人，2011；Gomes等人，2003；Stidworthy等人，2004；Wang等人，1998；Wu等人，2012）的调控。T3（三碘甲状腺原氨酸）和T4（甲状腺素）均可调节成熟少突胶质细胞的髓鞘基因表达（Younes-Rapozo等人，2006）和髓鞘生成（Barres等人，1994；Younes-Rapozo等人，2006）。对人类IUGR大脑的尸检分析显示，在妊娠24-28周时，皮质板中的TH转运蛋白单羧酸转运蛋白8（MCT8）表达降低（Chan等人，2014），大脑皮层和小脑中的所有TH受体亚型（TRα1、TRα2、TRβ1和TRβ2）表达也降低（Kilby等人，2000），表明IUGR婴儿的大脑中TH信号通路受到抑制。
目前尚不清楚改变的大脑TH信号通路是否与IUGR中的少突胶质细胞发育障碍和髓鞘形成不全有关。此外，也不清楚已知为少突胶质细胞成熟和分化负调节因子的WNT和NOTCH信号通路的上调是否也参与了这一病理过程。因此，我们使用了一种通过在妊娠晚期限制子宫-胎盘血流来诱导IUGR的成熟啮齿动物模型（相当于人类妊娠中期的脑发育阶段），研究了TH、WNT和NOTCH信号通路的变化是否与出生后IUGR大脑中少突胶质细胞成熟和髓鞘形成的缺陷同时发生。
材料与方法
使用Hsd:BrlHan:WIST Wistar大鼠（来自澳大利亚维多利亚州的莫纳什动物研究平台），在标准条件下饲养（19–21°C；12:12光照-黑暗周期），并提供无限量的食物和水。所有实验均获得了莫纳什医学中心动物伦理委员会的批准（MMCA11/67）。
身体形态测量和器官重量
在P7时，IUGR后代的体重、脑重量、大脑半球重量、肝脏重量和肾脏重量显著低于对照组，头臀长度也较短。IUGR组的大脑与身体重量比和肝脏与身体重量比显著高于对照组（表3，表4）。
在P10时，IUGR后代的体重、大脑半球重量和肾脏重量也显著降低，头臀长度同样较短。
讨论
据我们所知，这是首次使用子宫血流减少的大鼠模型证明IUGR大脑中WNT和NOTCH信号通路增强、TH信号通路减弱，同时伴有少突胶质细胞密度降低和髓鞘形成障碍的研究。我们首先确认了IUGR后代存在髓鞘形成不全。与对照组相比，IUGR大鼠在P7时胼胝体和外包膜中的MBP免疫反应性降低，在P14时仅外包膜中的MBP免疫反应性降低。
机构审查委员会声明
本研究遵循《澳大利亚科学用途动物护理和使用准则》进行，并获得了莫纳什医学中心动物伦理委员会的批准（MMCA11/67）。
数据可用性声明
如需获取本研究的数据，可向通讯作者提出合理请求。
作者贡献声明
阿米娜特·阿扎恩（Aminath Azhan）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、方法学设计、实验实施、数据分析、数据管理。
安吉拉·L·坎伯兰（Angela L. Cumberland）：撰写——审稿与编辑、数据可视化、验证、监督、方法学设计、实验实施。
吉内芙拉·钦卡里尼（Ginevra Chincarini）：数据可视化、验证、方法学设计、实验实施、数据分析。
米凯拉·巴雷西（Mikaela Barresi）：撰写——审稿与编辑、数据验证。
纳迪亚·黑尔（Nadia Hale）：撰写——审稿与编辑、方法学设计。
资助
本研究得到了澳大利亚国家健康与医学研究委员会（项目编号APP1161466，授予MT和DWW）、脑瘫联盟研究基金会（授予MT、DHR和DWW）以及金融市场儿童基金会（项目编号，授予MT和DWW）的支持。AA在研究期间获得了澳大利亚政府研究培训计划的资助。MT在研究期间是澳大利亚研究委员会的未来研究员（FT180100082）。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢Tania Romano博士在BUVL手术方面的培训，Valerie Zahra女士和Anqi Li博士在RT-qPCR技术培训和支持方面的帮助，以及Hui Lu女士在BUVL手术方面的协助。
