PPP1R3G通过AMPK-Drp1通路调控少突胶质前体细胞线粒体稳态维持髓鞘形成和认知功能

《International Immunopharmacology》：Tectorigenin could alleviate SA-AKI via reducing M1-like polarization of macrophages through KLF4/NF-κB pathway

本研究针对衰老相关认知障碍中少突胶质前体细胞（OPC）分化障碍的机制难题，揭示了代谢调控因子PPP1R3G通过AMPK-Drp1信号轴维持线粒体动态平衡的关键作用。研究人员通过构建Ppp1r3g基因敲除小鼠模型，结合行为学测试、电镜分析和原代细胞培养等技术，发现PPP1R3G缺失导致线粒体过度分裂、ATP合成减少，进而损害OPC分化和髓鞘形成。该研究为年龄相关性认知衰退提供了新的治疗靶点，论文发表于《International Immunopharmacology》。

　　

随着全球老龄化加剧，年龄相关性认知障碍已成为重大公共卫生挑战。虽然神经元退化是认知衰退的重要因素，但近年研究发现白质萎缩在衰老过程中可达28%的体积损失，其中少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte Precursor Cells, OPCs）分化能力随年龄增长显著下降是关键病理特征。然而，单纯增加OPC数量并不能改善老年脑的髓鞘再生，这表明OPC分化效率存在内在缺陷。这一现象背后的分子机制尚不明确，特别是能量代谢与线粒体功能如何调控OPC分化仍待阐明。

蛋白质磷酸酶1调节亚基3G（PPP1R3G）作为糖脂代谢的关键调控因子，在肝脏糖异生和脂肪沉积中发挥重要作用。但令人惊讶的是，这个代谢调控分子在中枢神经系统中的功能从未被研究过。考虑到髓鞘作为富含脂质的结构需要持续糖脂合成，研究人员推测PPP1R3G介导的代谢调控可能直接影响少突胶质细胞功能和髓鞘稳定性。

为验证这一假说，Zhao-wei Feng等研究人员开展了一系列实验。研究首先建立了不同月龄（1-18个月）小鼠的PPP1R3G表达谱，发现其水平在4月龄达到峰值后随衰老显著下降。通过将老年鼠按PPP1R3G表达量分层，发现低表达组表现出明显的空间学习和记忆障碍。基因敲除（KO）小鼠则出现更严重的髓鞘丢失、MBP/MOG表达降低和g-ratio（髓鞘厚度指标）升高。透射电镜显示KO小鼠线粒体数量减少、长度缩短、膜电位和ATP产生受损。体外实验中，PPP1R3G缺失抑制了OPC分化，而过表达可逆转这一现象。RNA测序分析揭示线粒体分裂/融合和髓鞘通路紊乱，机制上PPP1R3G缺失抑制了AMPK活性，进而导致Drp1介导的过度分裂。

研究采用多学科技术方法：通过Morris水迷宫和触屏配对联想学习评估认知功能；免疫荧光和Western blot检测髓鞘蛋白表达；透射电镜观察超微结构；原代OPC培养结合JC-1膜电位检测和ATP含量测定分析线粒体功能；RNA测序进行转录组分析。实验使用SPF级全身性Ppp1r3g敲除小鼠和C57BL/6N野生型对照，所有操作均经徐州医科大学动物伦理委员会批准。

3.1 脑PPP1R3G水平降低与老年鼠认知缺陷相关

定量分析显示PPP1R3G在胼胝体中的表达呈年龄依赖性双相模式：4月龄显著高于1月龄，但在12和18月龄明显下降。按中位表达量分组的老年鼠中，低表达组在Morris水迷宫中表现出更长的逃避潜伏期、更少的目标象限停留和平台穿越次数，触屏测试显示联想学习能力下降。

3.2 Ppp1r3g敲除加剧老年鼠认知障碍

基因敲除小鼠在旷场实验中活动减少、焦虑样行为增加；水迷宫测试显示空间记忆缺陷；触屏任务需要更长时间达到训练基准，准确率更低。

3.3 Ppp1r3g敲除损害老年鼠髓鞘形成

免疫荧光显示KO组MBP和MOG荧光强度降低，CC1⁺成熟少突胶质细胞减少。电镜观察到髓鞘碎片化、厚度减小和g-ratio升高。

3.4 Ppp1r3g敲除损害OPC分化

KO组CC1⁺/PDGFRα⁺细胞比例降低，PDGFRα蛋白水平升高而MBP下降，表明分化受阻。

3.5 Ppp1r3g敲除破坏线粒体动力学

电镜显示线粒体数量减少、长度缩短；Western blot检测到p-Drp1/Drp1比值和FIS1增加，MFN1减少。

3.6 体外Ppp1r3g敲除损害OPC分化

原代OPC培养证实KO组PDGFRα⁺细胞增多、MBP⁺细胞减少，过表达可逆转这一现象。

3.7 体外Ppp1r3g敲除损害线粒体功能

JC-1检测显示KO组线粒体膜电位降低，ATP含量减少；过表达可改善这些缺陷。

3.8 PPP1R3G通过AMPK-Drp1通路调控线粒体动力学

RNA测序发现KO组AMPK信号通路紊乱。Western blot证实p-AMPK降低，AMPK激动剂AICAR可抑制Drp1磷酸化。

这项研究首次揭示了PPP1R3G在脑衰老中的关键作用：其年龄相关性下降通过AMPK-Drp1通路导致线粒体过度分裂，破坏OPC分化和髓鞘维持，最终引发认知障碍。这一发现不仅阐明了衰老相关认知衰退的新机制，也为治疗干预提供了潜在靶点。研究创新性地将代谢调控因子与髓鞘完整性联系起来，为理解脑老化的能量代谢基础提供了重要线索。未来针对PPP1R3G-AMPK轴的治疗策略可能有助于延缓或改善年龄相关性认知功能障碍。