城大神经科学家揭示美他沙酮对神经损伤的新治疗潜力

 

外周神经系统的创伤性损伤是致残的主要原因,尤其是近端周围神经损伤的患者。这类患者难以在短时间内恢复正常功能,或会导致永久性的感觉和运动功能损伤,严重影响患者的生活质素。最近,由香港城市大学(城大)神经科学家领导的一支研究团队发现,美他沙酮 (Metaxalone) 治疗可加速神经修复和功能恢复,与即时治疗相媲美,提供高度相关的临床策略。

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敲除Fmn2基因可增加DRG神经元的微管运动。(图片来源︰Au, N. P. et al., https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.11.011)

目前,治疗近端周围神经损伤的困难在于如何重新激发受损神经元的内在生长能力,以实现神经损伤后功能的完全恢复。由城大神经科学系马智谦教授带领的一支研究团队首先发现,敲除Fmn2基因可增强微管运动、轴突再生和神经功能恢复。而后以敲除Fmn2的基因特征为模板进行生物信息分析,发现美国食品和药物管理局 (FDA) 批准上市的药物美他沙酮,其治疗效果可以媲美敲除Fmn2基因对周围神经损伤的生长促进作用。 

 
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延迟给药美他沙酮仍可促进周围神经损伤后轴突再生和功能恢复。(图片来源︰Au, N. P. et al., https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.11.011)

 

近端周围神经损伤后立刻使用美他沙酮治疗,可促进神经修复及恢复神经功能,而在于损伤后24小时使用美他沙酮治疗仍可达到相同的治疗效果。这与临床上治疗周围神经损伤时,于意外事故损伤一段时间后用药的策略高度吻合。此外,使用FDA批准的药物美他沙酮治疗周围神经损伤时可以跳过第一期临床试验,大大加快药物开发过程。

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即使周围神经再生成功,但周围神经损伤后临床功能恢复较差。我们证明了低剂量电离辐射(LDIR)可促进周围神经损伤(PNI)后轴突的再生和功能恢复。无论是周围神经损伤后立即给药还是周围神经损伤后24小时给药,都能加速神经功能恢复。这项工作揭示了敲除Fmn2基因及使用美他沙酮可作为治疗外周神经损伤,恢复轴突再生功能新策略。(图片来源︰Au, N. P. et al., https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.11.011)

马教授说:“我们证明了低剂量电离辐射 (LDIR) 可促进周围神经损伤后的轴突再生和神经功能恢复。”LDIR 会导致 Fmn2 基因中的 DNA 甲基化,这种甲基化就像开关一样可以启动或关闭基因。对于 Fmn2 来说,LDIR 引起的甲基化会使其活性降低,进而导致基因表达减少。当我们减少神经中 Fmn2 的量时,神经修复速度显著加快。这一发现确认了 Fmn2 在神经纤维损伤、再生以及细胞内微管结构的调节中扮演着关键角色。因此成为身体在神经损伤后愈合和恢复功能的关键因素。通过生物信息分析筛选出FDA批准上市的药物美他沙酮,无论是损伤后立即给药还是损伤后24小时给药,都能加速神经功能恢复。“我们验证了敲除Fmn2基因及使用美他沙酮可作为恢复轴突再生功能和治疗周围神经损伤的新策略”马教授如此解释。

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目前的研究表明,LDIR可促进小鼠周围神经损伤(PNI)后的轴突再生和早期功能恢复。全基因组分析显示Fmn2基因是促进轴突再生和微管运动的关键负调节因子。通过敲除Fmn2诱导的基因特征,鉴定出FDA批准上市的药物美他沙酮具有治疗外周神经损伤的潜力。该图展示了LDIR(小鼠胸部有辐射标志)或敲除Fmn2基因的小鼠中,再生的外周轴突(用闪电表示)重新连接到目标位置,并最终连接到大脑(用顶部的树表示)。(图片来源︰Au, N. P. et al., https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.11.011)

研究团队通过先进的活细胞成像技术,首先发现Fmn2作为再生相关基因,在轴突末端生长锥的微管运动中发挥重要的作用。这是一项重要的概念验证研究,通过生物信息学分析,不仅可以鉴定出FDA批准上市的小分子药物用于治疗周围神经损伤,还可以找出传统药物来治疗不同的神经系统疾病。

目前,近端周围神经损伤患者并无有效的治疗方法,例如由车祸和常见的接触性运动损伤所致,需要神经再生一段很长的距离来重新支配目标肌肉。即使在手术修复后,完全恢复功能几乎是不可能。因此,找到能够增强受损神经元内在生长能力的基因是目前难题。这个研究发现不仅验证了敲除Fmn2基因可以调控神经生长,并且证实了FDA批准上市的药物美他沙酮可重塑敲除Fmn2基因治疗神经再生的药效,为近端周围神经损伤患者带来希望。

这项研究成果已在学术期刊《神经元》(Neuron)上发表,题为Genome-wide study reveals novel roles for formin-2 in axon regeneration as a microtubule dynamics regulator and therapeutic target for nerve repair

延时共聚焦显微镜显示,敲除Fmn2基因后,背根神经节神经元的轴突末端生长速度增加。(影片来源:香港城市大学马智谦教授)

 

香港城市大学马智谦教授(左),他的博士生陈欣雨小姐,余君岳教授及区雁斌博士。
第一作者,区雁斌博士是城大博士毕业生和博士后研究员,最近前往朴茨茅斯大学工作。
(左起)香港城市大学马智谦教授,他的博士生陈欣雨小姐,余君岳教授及区雁斌博士。 第一作者,区雁斌博士是城大博士毕业生和博士后研究员,最近前往朴茨茅斯大学工作。(图片来源:香港城市大学马智谦教授)

如有查询,欢迎联络城大神经科学系马智谦教授(电邮:eddiema@cityu.edu.hk)。

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