光敏感通道(Channelrhodopsin-2)——神经回路功能和神经系统疾病研究的新工具

光敏感通道(channelrhodopsin-2,ChR2)是一种受光脉冲控制的具有7次跨膜结构的非选择性阳离子通道蛋白,自1991年从莱茵衣藻中发现后被许多实验室所关注.依据ChR2可以快速形成光电流,使细胞发生去极化反应的电生理特性,ChR2已被广泛应用于神经系统的研究.与传统的神经系统研究方法如电生理技术、神经药理学方法相比,用光脉冲控制带有ChR2的神经元的活动,具有更高的空间选择性和特异性.ChR2作为光基因技术的核心组成部分,对神经科学是一个崭新的应用前景广泛的研究工具.近年来ChR2不仅应用于视觉、躯体感觉、听觉和嗅觉等多条感觉神经回路的形态和功能研究,还被应用于各种临床神经系统疾病的研究.本文总结了目前ChR2在神经系统中的研究进展,并对ChR2未来的应用前景作了进一步展望.     

视紫红质通道蛋白2在系统神经科学研究中的应用与展望

光遗传学技术因其低组织损伤性、高时空分辨率以及遗传特异性等优势,虽然历史并不长,但却在近几年来成为最热门的技术之一,并在神经科学研究中迅速被应用。视紫红质通道蛋白2(channelrhodopsin-2,Ch R2)作为光遗传学技术的代表性蛋白质之一,在系统神经科学领域中已成为非常理想的工具并取得了一系列突破性的进展。现针对Ch R2的背景、分子结构以及生理学功能,及其在体脑功能区绘图和在体神经功能调控的研究进展,进行综述及展望。     

视紫红质及RPE65蛋白在光致视网膜变性疾病中的作用机制

视紫红质是感光细胞中的一种视色素,在光线的接收和视觉电位的产生方面具有重要的生理作用,由视紫红质介导的过度光信号传导是光性视网膜变性的主要原因。近年的研究表明,视网膜色素上皮细胞中的RPE65蛋白作为影响视紫红质再生的关键因素,与视网膜光损伤的易感性密切相关。就视紫红质和RPE65蛋白在光致视网膜变性中的作用机理作一探讨。     

RNA干扰在阿尔茨海默病研究中的应用

阿尔茨海默病(Alzheimer Disease,AD)是一种中枢神经系统退行性疾病,临床表现主要为认知功能障碍,行为异常及日常生活能力下降。主要病理特征为淀粉样蛋白沉积形成的老年斑,tau蛋白过度磷酸化导致的神经纤维缠结以及神经元丢失。目前RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术在AD研究中的应用日趋广泛,同时也被认为在治疗和改善AD中很具潜力。本文将从RNAi与淀粉样蛋白的产生、淀粉样蛋白引发的学习记忆障碍、tau蛋白过磷酸化及其治疗方面综述RNAi在AD研究中的应用。     

光遗传技术通过Wnt/β-Catenin通路对新生神经元的影响*

目的:探讨Wnt/β-catenin信号通路光遗传技术在促进新生神经元成熟中的作用。方法:从胎鼠大脑皮层中提取神经干细胞,用携带DCX-ChR2-EGFP基因的慢病毒感染神经干细胞,观察神经干细胞分化为新生神经元后DCX的表达。实验细胞分为3组(n=9):对照组、NSCs+EGFP和NSCs+ChR2组。其中对照组为正常培养的NSCs(NSCs组);NSCs+EGFP组为携带DCX-EGFP基因慢病毒感染神经干细胞组;NSCs+ChR2组为携带DCX-ChR2-EGFP基因慢病毒感染神经干细胞组。病毒感染后48 h后连续3 d行470 nm蓝激光照射,然后检测各组NeuN⁺阳性细胞(成熟神经元标志物)的密度和NeuN⁺/Hoechst比值情况;Western blot检测各组成熟神经元相关蛋白MAP2、NeuN、Neurog2、NeuroD1和GluR2蛋白表达水平和Wnt/β-catenin通道相关蛋白TCF4和β-catenin蛋白的表达水平。用L-型钙通道阻断剂100 μmol/L维拉帕米或50 μg/ml的β-catenin抑制剂Dkk1处理NSCs+ChR2组细胞,然后行Western blot检测各组MAP2、NeuN、Neurog2、NeuroD1和GluR2蛋白表达水平。结果:连续3 d 470 nm蓝激光照射后,NSCs+ChR2组中NeuN⁺阳性细胞密度(成熟细胞)和NeuN⁺/Hoechst明显高于NSCs组和NSCs+EGFP组(P均＜0.05);Western blot检测的MAP2、NeuN、Neurog2、NeuroD1、GluR2蛋白及Wnt/β-catenin通路相关蛋白β-catenin、TCF4表达水平均明显高于NSCs组和NSCs+EGFP组(P均＜0.01);L-型钙通道阻断剂维拉帕米或β-catenin抑制剂Dkk1处理NSCs+ChR2组细胞后MAP2、Neurog2、NeuroD1和GluR2蛋白表达水平明显下降(P均＜ 0.01),NeuN表达水平也下降(P＜0.05)。证明ChR2通道蛋白开放产生阳离子内流促进新生神经元成熟,是通过Wnt/β-catenin信号通路实现的。结论:光遗传学方法通过Wnt/β-catenin信号通路促进新生神经元成熟。     

基于遗传数据的机器学习在阿尔茨海默病研究中的应用

阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)是一种神经退行性疾病,其发病与遗传和环境因素相关,约70%由遗传因素引起,但其发病机制尚不清楚.随着高通量测序技术的出现,利用机器学习(machine learning,ML)技术处理遗传数据的研究成为了当前热点.本文综述ML在AD中的应用研究,主要包括:遗传数据与影像、临床、组学等多模数据结合的AD诊断和预后;对单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)数据挖掘发现与AD风险相关基因的遗传变异分析;与AD发病机制密切相关的基因表达谱分析.最后,应用高质量、综合性、大样本量数据,建立多层次ML模型探究AD的发病机制将是未来研究的重点.     

微小杆菌属(Exiguobacterium)细菌的能量代谢途径分析

【目的】微小杆菌属(Exiguobacterium)细菌广泛分布于海洋及非海洋环境中,具有多种代谢途径以适应复杂多样的生境。本研究从能量代谢途径角度出发,探究该属菌株对不同生境的适应能力。【方法】从美国国家生物科技数据中心(National Center for Biotechnology Information, NCBI)数据库中获取146个Exiguobacterium属菌株的基因组,查找并统计光营养、厌氧呼吸和底物代谢等多种能量代谢途径的关键蛋白或关键酶基因在各菌株基因组中的分布,包括光营养型的视紫红质基因、厌氧呼吸营养型的钼辅因子合成蛋白基因,以及底物代谢营养型中乙醛酸分流途径的异柠檬酸裂解酶及苹果酸合酶基因等。根据对应的氨基酸序列构建视紫红质、MoaC和异柠檬酸裂解酶的系统发育树,分析不同能量代谢途径在该属菌株进化过程中的保守性,推测其对于该属菌株的重要性。【结果】Exiguobacterium属中50%的种具有视紫红质基因,其中分离自非海洋生境的菌株更趋向于含有视紫红质基因。本研究所统计的全部非海洋生境菌株中,含有视紫红质基因的菌株占比约为70%,而在海洋生境菌株中该比例...     

神经调控技术在阿尔茨海默病认知障碍研究中的应用

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是发生于老年和老年前期的中枢神经系统退行性疾病，其临床主要表现为进行性认知障碍。目前针对AD尚无有效的治疗方法，药物治疗只能延缓其病情进展，治疗效果有限，且常伴随副作用。近些年，神经调控作为一种可以靶向刺激调节目标脑区活动的方法受到广泛关注，逐渐被应用于AD的治疗和研究，包括无创的经颅磁刺激、电刺激以及有创的脑深部电刺激、光遗传刺激等。本文从作用效果、作用机制、刺激脑区、刺激参数等方面对这四种典型的神经调控方法在AD的应用研究现状进行综述，为今后神经调控应用于临床治疗AD提供新思路。     

利用光遗传学技术构建小鼠光控心脏起搏模型

电刺激是人工控制心脏搏动频率的标准技术,但在实验研究中,这种方法有较大的局限性,如局部电解效应、刺激频率和时长受限、只能对目标范围内的所有细胞进行刺激、不能选择性作用于心肌细胞等。基于光遗传学技术,本研究构建了心肌细胞特异性表达光激活阳离子通道channelrhodopsin-2(ChR2)的转基因小鼠,采用特定频率的蓝光刺激使心肌细胞膜电位去极化,从而引发动作电位并控制心脏起搏。当蓝光刺激频率低于小鼠自发心脏搏动频率时,蓝光刺激造成暂时性的心律失常,去除蓝光照射后小鼠心跳恢复正常;当蓝光刺激频率高于小鼠自发心跳频率时,小鼠的心脏搏动完全由蓝光刺激支配,去除蓝光照射后恢复到自发搏动状态;失去自主搏动能力的小鼠心脏也可由蓝光刺激进行起搏;不表达ChR2的对照小鼠对蓝光刺激没有响应。本研究对基于光遗传学的光控心脏起搏技术进行了实验论证,在心肌电生理学特别是心律失常研究中有着非常重要的应用价值。     

光感受机制研究的重要突破

光感受的分子机制的研究是神经生物学的前沿领域之一。近年来,应用片膜钳位新技术已证明,在光电换能过程中的内部信使是环鸟苷酸(cGMP),并非原来所普遍认为的钙离子。光电换能的基本过程是:在暗中,cGMP 使光感受器膜钠离子通道保持开放,从而使膜去极化;当视紫红质分子吸收光后,GTP-结合蛋白被激活,并随之激活磷酸二酯酶(PDE)。PDE 使 cGMP 水解,导致钠离子通道关闭,膜超极化。本文概述这些重要进展及其意义,并展望其前景。     

阿尔茨海默病发病机制与药物治疗研究进展

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是以认知衰退和行为障碍为特征的神经退行性疾病，多发于老年人。近年来，AD发病率和死亡率上升且趋年轻化。AD病因包括：淀粉样蛋白沉积、tau蛋白聚集、载脂蛋白异常、血管病变、重金属紊乱、氧化应激及遗传因素等。淀粉样蛋白斑块聚集和神经纤维缠结是AD主要病理标志。β淀粉样蛋白(amyloid β, Aβ)病理性累积被认为是AD发病主因之一。目前，AD仍缺乏有效疗法。本文综述AD发病机制和治疗策略相关进展，以期为AD研究与诊疗提供参考信息。     

铁过载抑制神经细胞Rab8A蛋白表达

铁广泛存在于脑组织中,适宜浓度的铁为神经细胞呼吸链传递、神经递质生成和髓鞘化所必需。年龄的增长往往伴随着脑内铁沉积的增加,在老年痴呆症(Alzheimer's disease,AD)患者和帕金森症(Parkinson's disease,PD)患者的脑中铁含量异常升高,导致氧化应激和内质网胁迫。Rab蛋白参与了细胞内多种膜转运途径,是连接多种膜转运途径的关键分子。Rab8A蛋白是众多Rab蛋白中的一种,参与葡萄糖转运,视紫红质的运输等过程。本研究发现,神经细胞中铁过量时,导致Rab8a的表达减少,其表达变化具有时间和浓度效应,可能是AD和PD的致病机制之一。     

磁共振技术在轻度认知障碍与阿尔茨海默病中的研究进展

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是当今老年人最常见的一种原发性神经退行性疾病。其主要病理学特征表现为神经元的脱失、神经纤维缠结及老年斑形成。轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)被认为是AD及其他老年痴呆症的前驱阶段,可进一步转化成AD,且MCI与AD有着相似的病理变化。随着MCI和AD患病数的逐年增加,其给患者家属及社会增添了巨大负担,因此,对MCI和AD作出早期诊断变得尤为重要。然而,MCI和AD早期的临床表现并不突出,且实验室检查也缺乏足够的特异性,当临床医生做出明确诊断时,多数患者已处于AD的中晚期。近年来,随着磁共振技术的不断发展,多种磁共振技术已广泛地应用于MCI和AD的研究中,并为MCI及AD的早期诊断提供了重要的影像学依据。本文分别从结构性磁共振(s MRI)、静息态f MRI、磁共振弥散张量成像(DTI)、磁共振波谱成像(MRS)、磁敏感加权成像(SWI)及MRI分子影像几个方面,阐述多种磁共振技术在MCI和AD研究中的进展。     

PP2A在运动抗阿尔茨海默病进程中的机制研究

Tau蛋白过度磷酸化是AD发病的重要原因,促进脑中p-Tau蛋白的脱磷酸化进程是运动抗AD的重要途径。PP2A是重要的蛋白磷酸酶,对p-Tau蛋白的脱磷酸化有重要作用。有关PP2A介导运动抗AD的Tau蛋白磷酸化机制研究尚不多见。现从Tau蛋白与AD研究、PP2A与AD研究、运动与AD研究、PP2A与运动抗AD研究等方面,系统阐述PP2A在介导运动抗AD进程中的蛋白磷酸化机制,为探明运动抗AD的Tau蛋白途径及运动促进健康的蛋白质修饰机制研究提供参考。     

细胞凋亡抑制家族蛋白在阿尔茨海默病动物模型中的表达及其初步作用机制研究

随着全球老龄化日益严重,阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)作为神经退行性疾病的最常见类型,以进行性认知障碍为主要临床表现,以老年斑、神经纤维缠结和神经元及突触的凋亡缺失为主要病理特征.细胞凋亡抑制家族蛋白(inhibitor of apoptosis family protein,IAP)是一类内源性细胞凋亡抑制蛋白,它们在AD病理进程中的功能尚未十分明确.本研究从AD患者数据库、动物模型和诱导的脑片模型分析IAPs蛋白表达,并通过EMSA和免疫印迹实验初步探索了NFκB信号通路的活化.结果表明:存活蛋白(Survivin)在AD患者、小鼠模型以及Aβ、冈田酸和LPS诱导脑片中共同上调,同时NFκB通路被显著激活,两者变化趋势相似,可能通过NFκB-Survivin轴抵抗神经元凋亡. Survivin蛋白在AD中的进一步深入研究将成为AD治疗和预防的重要靶标.     

变形菌视紫红质十年的回顾与展望

变形菌视紫红质(proteorhodopsin,PR)是一类吸光色素膜蛋白,它是由7个跨膜ɑ-螺旋(A～G)组成的视蛋白(opsins)与色素视黄醛(retinal)通过共价键结合而形成。PR广泛存在于海洋和淡水水域的微生物中,是一种质子泵型的视紫红质,可在光的驱动下将质子从细胞质泵到胞质间隙,从而在细胞内外产生质子梯度,形成的化学势能被用于合成ATP、物质的跨膜运输以及驱动鞭毛运动等方面。据估算含PR的细菌在海洋水域中约占总细菌的13%,而每个含PR的细胞中的PR分子数约为2.5×104个。对PR功能的研究表明PR具有增强其宿主菌抵抗外界不良环境的能力;而对于PR三维结构的研究对PR的作用机理及其功能的研究将有更进一步的推动作用。     

表观遗传修饰在阿尔兹海默病中的研究进展

表观遗传是指在不改变基因序列的情况下,通过对基因进行可逆性修饰改变基因表达。阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种最常见的神经退行性疾病,表现为进行性记忆缺失、脑萎缩、脑内形成淀粉样斑块和神经纤维缠结。表观遗传学修饰在AD的发生发展中具有重要作用。综述了DNA甲基化、组蛋白乙酰化、microRNA等表观遗传修饰对AD中的记忆缺失、APP水解、Aβ淀粉样斑块形成、Tau蛋白磷酸化、氧化应激等现象的影响及其机制。     

TAP亲和标签选择及其在植物蛋白互作研究中的应用

串联亲和纯化法(TAP)是一种纯化生理条件下蛋白复合物的技术,已广泛应用于鉴定蛋白相互作用和揭示蛋白复合物互作网络。近年来,随着TAP新型标签的不断出现以及与其他技术的联用,TAP技术正逐渐应用于植物蛋白质互作研究中。综述了TAP亲和标签选择,并介绍其在植物蛋白互作研究中的成功应用。     

Eph家族蛋白在阿尔茨海默症等神经精神疾病中的作用

促红细胞生成素产生肝细胞(erythropoietin-producing hepatomocellular, Eph)受体是受体酪氨酸激酶家族中数量最多的成员。Eph受体与其配体肝配蛋白(Eph receptor-interacting proteins, ephrin)被统称为Eph家族蛋白,通过独特的双向信号传递在调控正常学习和记忆中扮演重要角色。近年大量的研究发现,Eph家族蛋白在多种神经精神疾病中发挥复杂而又重要的作用,主要是通过改变突触效能,参与神经元形态发生和调控基因表达等方式影响上述疾病的进程。然而,目前靶向Eph家族蛋白对阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease, AD)、焦虑症及恐惧症等疾病进行治疗的研究却为数甚微。同时,单纯以β样淀粉蛋白为靶点的抗AD药物开发均遭遇瓶颈。因此,探索Eph家族蛋白在上述疾病中的具体作用变得十分迫切。本文综述了Eph家族蛋白在AD、焦虑症和恐惧症中的最新研究进展,旨在为靶向Eph家族蛋白治疗相关疾病提供新的思路。     

油菜简单重复序列SSR(simple sequence repeat)研究进展

简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)是重复单元少于6个核苷酸重复序列,广泛分布于动植物基因组中,呈孟德尔遗传,已被作为一种理想的共显性标记应用于动植物遗传研究中。本文重点介绍了SSR分类、特点,及近几年来油菜SSR标记的开发和SSR技术在油菜基因定位、品种鉴定中的应用,并对SSR标记在油菜中的应用进行了探讨。