BMP与Wnt信号拮抗驱动少突胶质前体细胞星形胶质样转化并损害脱髓鞘模型中的髓鞘再生

《Frontiers in Cellular Neuroscience》：Opposing BMP and Wnt signaling drive astrocyte-like phenotypic transition of oligodendrocyte precursor cells at the expense of remyelination in a mouse model of demyelination

　　

少突胶质前体细胞（OPCs）是成人中枢神经系统（CNS）中广泛分布的一类胶质细胞群，保留分化为成熟少突胶质细胞（OLs）的能力，或在病理条件下发生替代性表型转化。损伤后OPCs的表型对髓鞘再生效率具有关键决定作用，但控制OPC转化及其对髓鞘修复影响的分子线索仍知之甚少。研究人员利用PDGFRα-CreER; Rosa-YFP转基因小鼠进行谱系示踪，并结合溶血磷脂酰胆碱（LPC）诱导的局灶性脱髓鞘模型，显示OPCs在病灶内获得星形胶质细胞特征，并伴随骨形态发生蛋白（BMP）与Wnt信号的反向激活。具体而言，发生转化的OPCs表现为β-连环蛋白（β-catenin）、丝氨酸9位点磷酸化糖原合成酶激酶-3β（p-Ser⁹-GSK-3β）和Smad7显著下调，同时磷酸化Smad1/5（p-Smad1/5）上调，反映BMP激活与Wnt抑制并存。尽管单独药理激活BMP或抑制Wnt无明显效应，提示二者存在拮抗性交互，但逆转内源性BMP上调或Wnt下调可有效调控OPC分化与转化之间的平衡。值得注意的是，联合抑制BMP与Wnt显著减少病灶内星形胶质细胞积累并扩大MBP⁺再髓鞘化区域，表明阻断两条信号可促使OPCs偏离星形胶质细胞样表型转化并促进稳健的髓鞘再生。综上，这些发现揭示BMP与Wnt信号的反向激活驱动OPCs的星形胶质细胞样表型转化并损害髓鞘修复，将该信号轴定位为增强多发性硬化（MS）髓鞘再生的有前景治疗靶点。

多发性硬化（MS）是慢性炎性脱髓鞘神经退行性疾病和青年非创伤性残疾的重要原因；现有免疫治疗主要针对中枢神经系统（CNS）炎症，可改善复发和影像学结局，但促进髓鞘再生或阻止残疾进展的策略仍缺乏。少突胶质前体细胞（OPCs）是CNS中形成髓鞘的成熟少突胶质细胞（OLs）的主要来源，占成人脑胶质细胞的5–8%，病理条件下可分化为成熟OLs并再髓鞘化裸露轴突，但毒性神经炎症微环境使再髓鞘化常不完整；OPCs向成熟髓鞘化OLs分化受损或停滞被认为是有效髓鞘再生的障碍和不可逆残疾进展的驱动因素。OPCs在损伤区的最终命运受局部微环境信号调控，且可生成成熟OLs、星形胶质细胞、施万细胞甚至神经元谱系，提示分化不足并增加替代性表型转化可能是髓鞘再生失败的关键。MS病灶微环境复杂，Shh、Notch、骨形态发生蛋白（BMP）和Wnt级联及Olig1/2、Hes1/5、Smads、TCFs等异常调控OPC发育和髓鞘化；纤维蛋白原升高通过上调Smad1/5磷酸化激活BMP，抑制OPC向髓鞘化OLs分化并驱动星形胶质细胞特征，而MS病灶Wnt过度激活也阻碍OPC分化和髓鞘再生，但Wnt与BMP交互及其如何塑造OPC表型转化仍不清楚。故研究人员在溶血磷脂酰胆碱（LPC）诱导脱髓鞘模型中研究该交互，发现BMP与Wnt反向激活驱动OPCs星形胶质样转化、损害髓鞘修复，双抑制可促进再髓鞘化，为MS促修复提供靶点依据。

关键方法方面，研究人员采用PDGFRα-CreER; Rosa-YFP转基因小鼠进行OPC谱系追踪（YFP标记PDGFRα⁺细胞），并在C57BL/6小鼠和上述示踪小鼠中建立LPC诱导的胼胝体局灶性脱髓鞘模型。PDGFRα-CreER; Rosa-YFP小鼠获自University of California, San Francisco的Dr. Stephen Fancy，C57BL/6小鼠获自Chongqing Lepite Biotechnology Co., Ltd.。研究通过免疫荧光共定位和共聚焦三维重建评估细胞标志物及通路标志物，通过透射电镜评估髓鞘超微结构、髓鞘化轴突数量和g-ratio，并以SB4、XAV939、Noggin、CHIR99021进行在体药理干预；统计采用t检验、Mann–Whitney检验、单因素方差分析、Kruskal–Wallis检验及嵌套混合效应模型等。

3.1 脱髓鞘损伤后OPCs获得星形胶质细胞特征：通过LPC模型和PDGFRα-CreER; Rosa-YFP谱系追踪，免疫荧光显示病灶YFP⁺细胞增加，YFP与SOX9（星形胶质细胞标志物）共标比例增加，Aldh1l1/SOX9/YFP三标三维重建及C57BL/6小鼠中GFAP/Olig2、Aldh1l1/Olig2/SOX9四标验证，结论为OPCs向星形胶质细胞样表型转化。

3.2 转化OPCs中BMP与Wnt通路反向激活：通过免疫荧光和三维重建定量，转化细胞核β-catenin、p-Ser⁹-GSK-3β和Smad7降低，核p-Smad1/5升高，提示BMP激活与Wnt抑制并存。

3.3 对齐单调控BMP或Wnt不影响OPC表型转化或髓鞘再生：通过SB4激活BMP或XAV939抑制Wnt处理，免疫荧光和电镜显示SOX9⁺细胞、Olig2⁺细胞、Aldh1l1/Olig2双阳性细胞、CC1/ASPA、MBP⁺面积及髓鞘超微结构无显著改变，提示单独顺应内源趋势不足以驱动病理。

3.4 隔离BMP与Wnt揭示相反贡献：通过Noggin抑制BMP或CHIR99021激活Wnt处理，Noggin单用增加MBP⁺面积、ASPA/CC1共表达和髓鞘化轴突，减少SOX9⁺及Aldh1l1/Olig2双阳性细胞；CHIR99021单用增加SOX9⁺和双阳性细胞，降低MBP⁺面积、CC1⁺细胞和髓鞘化轴突，说明BMP上调有害、Wnt下调有益且二者拮抗。

3.5 BMP与Wnt药理共抑制阻断星形胶质样转化并促进髓鞘再生：通过Noggin+XAV939或SB4+CHIR99021处理，共抑制增加MBP⁺面积、CC1⁺细胞和髓鞘化轴突，减少SOX9⁺及Aldh1l1/Olig2双阳性细胞；共激活则相反，提示双抑制使OPCs偏离星形胶质样转化并促进再髓鞘化。

3.6 Wnt下调益处在BMP上调害处下被平衡：通过SB4+XAV939或Noggin+CHIR99021处理，二者均未显著改变OPC表型转化和髓鞘再生指标，提示在LPC局灶模型中Wnt下调的益处与BMP上调的害处相互平衡。

讨论部分指出，OPCs在脱髓鞘病灶内发生星形胶质样转化并非被动反应；转化细胞同时表现核p-Smad1/5升高、Smad7降低和核β-catenin、p-Ser⁹-GSK-3β降低，提示两通路净平衡决定病理转化。早期体外研究提示OPCs可分化为星形胶质细胞，成年后仍保留该能力，可能反映疾病微环境下的失调适应。BMP通路在OPC表型转化中已被表征，经典Wnt/β-catenin通路对少突胶质发育有背景依赖性作用，但二者在OPC向星形胶质细胞转化中的交互此前不清；既往体外证据提示Wnt激活抑制OPC分化需BMP协作，而在体MS病灶微环境是否如此未知。本研究的在体药理操纵提供BMP与Wnt拮抗的因果证据：顺应内源趋势单调控无效应，隔离通路产生分歧且显著的结果，消除BMP同时保留Wnt足以抑制星形胶质样转化并促进髓鞘再生，说明BMP上调有害、Wnt下调有益且作用相互对抗；也提示OPC星形胶质样转化是独立于分化停滞的阻碍修复机制。作者提出“OPC-osis”描述OPC反应谱，并认为整合而非孤立信号决定OPCs参与髓鞘再生还是胶质瘢痕形成，为联合策略提供机制理由。局限性包括药物非OPC特异，不能排除对小胶质细胞、星形胶质细胞或血脑屏障的脱靶效应；XAV939或SB4单独处理未显著改变MBP⁺面积或SOX9⁺细胞数，可能因Wnt通路激活调控有效性不同于BMP，或两通路存在上下游允许关系；单一标志物不能作为通路活性定论，研究采用互补标志物。研究结论可译为：这些发现揭示BMP与Wnt信号的反向激活驱动OPCs的星形胶质细胞样表型转化并损害髓鞘修复，将该信号轴定位为增强MS髓鞘再生的有前景治疗靶点。