神经元通过胞质滞留TFEB调控少突胶质细胞胆固醇合成以保障中枢神经系统髓鞘形成和神经功能

本研究揭示了神经元通过分泌信号分子将转录因子EB(TFEB)滞留于少突胶质细胞胞质中的新机制，解决了神经元如何调控少突胶质细胞内在转录程序这一关键科学问题。研究人员通过构建TFEB-6xMyc基因敲入小鼠模型，结合CUT&RUN等技术，发现TFEB直接结合并抑制胆固醇合成基因表达，而神经元通过胞质滞留TFEB解除这种抑制，从而促进CNS髓鞘形成。该研究为理解神经元-胶质细胞互作提供了分子机制，对脱髓鞘疾病的治疗具有重要启示意义。

　　

在中枢神经系统发育过程中，髓鞘形成是一个精密调控的过程，它直接影响神经信号的传导速度和神经功能的实现。髓鞘主要由少突胶质细胞(oligodendrocyte)产生，其中胆固醇占髓鞘脂质成分的30%-40%，是维持髓鞘结构和功能的关键物质。然而，神经元如何调控少突胶质细胞内胆固醇合成通路，从而确保髓鞘形成的精确性，这一机制长期以来不甚明了。

先前研究发现，转录因子EB(TFEB)在少突胶质细胞中作为髓鞘形成的"刹车"发挥作用，但其具体分子机制尚不清楚。更令人困惑的是，虽然TFEB作为转录因子需要在细胞核内发挥作用，但在体内成熟的髓鞘形成少突胶质细胞中，TFEB却主要定位于细胞质。这种独特的亚细胞定位现象暗示着可能存在某种外在调控机制。

在这项发表于《Cell Reports》的研究中，Yihe Zhang等研究人员通过构建一系列基因工程小鼠模型，结合多学科技术手段，揭示了神经元通过分泌信号分子将TFEB滞留于少突胶质细胞胞质中的新颖机制。研究发现，这种神经元依赖的TFEB胞质滞留能够解除TFEB对胆固醇合成基因的转录抑制，从而促进髓鞘形成和神经功能维持。

研究人员主要采用了四种关键技术方法：1)通过Easi-CRISPR技术构建了TFEB-6xMyc基因敲入小鼠模型，实现内源性TFEB蛋白的可视化追踪；2)开发了Mog-IRES-iCre和Mog-IRES-iCreERT2两种特异性靶向髓鞘形成少突胶质细胞的转基因小鼠品系；3)利用Rosa26-LSL-TFEBS141A;S210A-Halo小鼠实现少突胶质细胞特异性表达核定位的TFEB突变体；4)采用CUT&RUN技术在全基因组范围内鉴定TFEB的直接靶基因。研究样本主要来自这些转基因小鼠的中枢神经系统组织。

TFEB在少突胶质细胞谱系中的表达模式

通过TFEB-6xMyc基因敲入小鼠模型，研究人员发现TFEB蛋白主要表达于少突胶质细胞谱系，在发育中的大脑中98%的TFEB-Myc阳性细胞共表达少突胶质细胞标志物CC1。有趣的是，TFEB的亚细胞定位呈现动态变化：在分支状的Bcas1阳性前髓鞘少突胶质细胞中，TFEB同时存在于细胞核和细胞质；而在成熟的MBP阳性髓鞘形成少突胶质细胞中，TFEB几乎完全定位于细胞质。这种定位模式与体外培养的成熟少突胶质细胞形成鲜明对比，后者中TFEB主要位于细胞核。

神经元依赖的TFEB胞质滞留

通过共培养实验发现，与神经元共培养的少突胶质细胞中，61.9%的细胞呈现TFEB胞质定位，而单独培养或与人工微纤维共培养的少突胶质细胞则保持TFEB核定位。使用transwell实验进一步证明，即使在没有直接细胞接触的情况下，神经元分泌的信号分子也足以诱导TFEB的胞质滞留。在体实验中，通过眼球摘除术切断视网膜神经节细胞轴突后，87.1%的视神经束少突胶质细胞出现TFEB核转位现象，而假手术对照组则保持TFEB胞质定位。值得注意的是，这种调控不依赖于神经元电活动，因为使用河豚毒素(TTX)抑制动作电位或通过化学遗传学方法抑制神经元活性均不影响TFEB的亚细胞定位。

核定位TFEB对髓鞘形成的抑制作用

研究人员构建了Mog-Cre;TFEBdPM-Halo小鼠，特异性在髓鞘形成少突胶质细胞中表达核定位的TFEB突变体(TFEBS141A/S210A-Halo)。透射电镜分析显示，与对照组相比，这些小鼠在P21时视神经中髓鞘化轴突比例从80%降至不足40%，髓鞘厚度也显著降低。这种髓鞘形成缺陷持续到成年期，并伴随节点密度减少和视觉诱发电位(VEP)异常。诱导性Mog-CreERT2;TFEBdPM-Halo小鼠实验进一步证明，在发育完成后诱导核定位TFEB表达仍会导致脱髓鞘，表明TFEB不仅影响髓鞘形成也参与髓鞘维持。

TFEB直接抑制胆固醇合成基因表达

RNA测序和基因集富集分析(GSEA)显示，核定位TFEB导致少突胶质细胞中胆固醇合成通路基因显著下调。CUT&RUN分析证实，TFEB直接结合到Hmgcs1、Hmgcr、Mvk等10个胆固醇合成基因的启动子区域。质谱分析和胆固醇含量测定显示，核定位TFEB导致这些酶蛋白水平和总胆固醇含量显著降低。相反，少突胶质细胞特异性敲除TFEB的小鼠(TFEB cKO)则表现出胆固醇合成基因表达上调、胆固醇含量增加和髓鞘增厚的表型。

这项研究揭示了神经元通过分泌信号分子将TFEB滞留于少突胶质细胞胞质中，从而解除TFEB对胆固醇合成基因的转录抑制，确保髓鞘正常形成的新机制。这一发现为理解神经元与少突胶质细胞之间的复杂互作提供了关键分子基础，阐明了外在神经元信号与内在少突胶质细胞转录程序之间的整合机制。从转化医学角度看，该研究不仅为脱髓鞘疾病的治疗提供了新的潜在靶点（如TFEB或其上游调控通路），也为理解神经系统损伤后髓鞘再生障碍的机制提供了新思路。研究中开发的四种新型转基因小鼠模型（TFEB-6xMyc、Mog-IRES-iCre、Mog-IRES-iCreERT2和Rosa26-LSL-TFEBS141A;S210A-Halo）为后续研究神经元-胶质细胞互作和TFEB生物学功能提供了宝贵工具。