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2018年5月24日

中大揭示刺激神經突生長的新機制為腦再生醫學開闢新研究方向

2018年5月24日
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(左起)中大生命科學學院教授陳浩然教授、劉國輝教授及敖志祺教授。

中大生命科學學院劉國輝教授(前)與其團隊成員:(後排左起)敖志祺教授、管進教授、陳浩然教授、陳偉華先生和李雯博士。

對照組神經元與FE65-ELMO1過表達神經元軸突長度對比。

FE65-ELMO1調控神經突生長信號通路示意圖。在生長錐中,FE65吸收了ELMO1-DOCK180複合物,與之合併為FE65-ELMO1-DOCK180複合物。它激活了細胞質膜上的Rac1,從而促進神經突生長。

香港中文大學(CUHK)生命科學學院副教授劉國輝教授領導的一個研究團隊最近發現了一種刺激神經突生長的新機制,該發現為如何刺激神經突再生以修復創傷性腦損傷(TBI)造成的神經損傷和治療神經退化性疾​​病提供了重要啟示。有關研究已於美國生物化學與分子生物學學會的著名期刊Journal of Biological Chemistry五月號上刊登。 

TBI是一種由外力引起的腦損傷,常見原因有跌倒、車禍、運動相關損傷和毆打等。情況嚴重的話,可導致永久性殘缺。而神經退化性疾病是一種大腦和脊髓細胞失去功能的症狀,包括阿茲海默症、柏金森症、小腦萎縮症、肌肉萎缩性侧索硬化症(亦稱為漸凍人症)等。香港老年人口約有5%至8%患有認知障礙症,當中大部分屬阿茲海默症,成為社會的沉重負擔。這些疾病中都發現有神經網絡受損的情況,神經元之間的連接的軸突出現退化和回縮。 

大腦是動物的指揮中心,由神經元組成。神經元透過從細胞體內長出的軸突(神經突)與其他神經元連接形成神經網絡,互相通信,以調控不同的認知功能和身體活動。神經突出現退化和回縮,無法維持神經網絡的正常聯繫時,患者的認知障礙和身體的運動功能將難以恢復。現時醫學界仍未有根治神經損傷的方法。中大生命科學學院發現一種刺激神經突生長的機制,只要將兩種蛋白引入神經元,其相互作用可促使神經突的長度最少增加兩倍,為重新連接受損的神經網絡帶來新希望。 

劉教授的研究小組發現,兩種蛋白FE65和ELMO1之間的相互作用可以刺激神經突生長。FE65是一種大腦中的高表達轉接蛋白,與神經系統發育相關;而ELMO1是一種廣泛表達的蛋白,在各種細胞遷移過程中均有參與,但其在神經系統中的作用則從未見諸報導。研究小組發現,通過將FE65和ELMO1引入哺乳動物的神經元,可促使神經突的長度增加兩倍或以上。相反,當兩種蛋白間的相互作用中斷時,這種刺激作用完全消失。他們進一步發現,這種相互作用驅使ELMO1移向細胞質膜,從而激活膜上的Rac1。神經突延伸必須經過細胞骨架重塑過程,而Rac1 是這個過程的關鍵調節因子。 

治療包括阿爾茨海默病在內的神經退化性疾​​病的一個主要障礙是如何重新連接患者大腦中受損的神經元。劉教授認為,他們的工作為利用再生醫學方法治療腦損傷提供了新的方向。他說:「通過調控FE65-ELMO1相互作用,可以刺激這些細胞中的神經突再生,從而實現受損神經元的重新連接。」最近,他們已經獲得了關於如何微控這相互作用的新數據。 

劉國輝教授簡歷

劉國輝教授在香港浸會大學獲得生物學學士學位,之後於中大取得生物化學博士學位。1999年,他獲頒裘槎基金會的獎學金,於英國倫敦精神病學研究所開始了對阿茲海默症研究。2007年,他回到母校擔任生物化學系的助理教授。目前,他是生命科學學院的副教授。自返回中大後,他在不同國際權威期刊上發表了多項研究成果,包括Nature CommunicationsPNASFASEB JournalJournal of Biological Chemistry。並於2014年榮獲科學院模範教學獎。



(左起)中大生命科學學院教授陳浩然教授、劉國輝教授及敖志祺教授。

(左起)中大生命科學學院教授陳浩然教授、劉國輝教授及敖志祺教授。

 

中大生命科學學院劉國輝教授(前)與其團隊成員:(後排左起)敖志祺教授、管進教授、陳浩然教授、陳偉華先生和李雯博士。

中大生命科學學院劉國輝教授(前)與其團隊成員:(後排左起)敖志祺教授、管進教授、陳浩然教授、陳偉華先生和李雯博士。

 

對照組神經元與FE65-ELMO1過表達神經元軸突長度對比。

對照組神經元與FE65-ELMO1過表達神經元軸突長度對比。

 

FE65-ELMO1調控神經突生長信號通路示意圖。在生長錐中,FE65吸收了ELMO1-DOCK180複合物,與之合併為FE65-ELMO1-DOCK180複合物。它激活了細胞質膜上的Rac1,從而促進神經突生長。

FE65-ELMO1調控神經突生長信號通路示意圖。在生長錐中,FE65吸收了ELMO1-DOCK180複合物,與之合併為FE65-ELMO1-DOCK180複合物。它激活了細胞質膜上的Rac1,從而促進神經突生長。

 

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