一种依赖于氧化还原反应的开关，调控感觉轴突的退化与再生

《Scientific Reports》：A redox-dependent switch governing sensory axon degeneration and regeneration

本研究利用斑马鱼鳍切伤模型，揭示了线粒体活性氧（mitoROS）和活性氮物种（RNS）特别是过氧化亚硝酸盐在感觉轴突退化中的关键作用。通过结构预测模型发现NMNAT蛋白的Trp92/169位点是硝化热点，而NADPH治疗可延缓轴突退化并促进再生，同时验证了其在化疗性周围神经病变模型中的神经保护效果。

　　本研究聚焦于斑马鱼（Danio rerio）鳍的切断损伤模型，探讨了氧化应激（ROS）和反应性氮物种（RNS）在感觉神经元轴突退化与再生过程中的作用。这一模型在研究神经退行性疾病及轴突修复机制方面具有重要意义。在损伤后，感觉神经元的末端迅速退化，随后再生。尽管ROS，尤其是过氧化氢（H?O?），已被证实可通过表皮机制促进轴突再生，但其在退化过程中的具体作用尚未明确。研究发现，线粒体超氧自由基和过氧化亚硝基（peroxynitrite）是轴突退化的关键驱动因素，而H?O?则主要促进再生。这一发现揭示了ROS与RNS在轴突退化和再生中的复杂交互作用，并表明NADPH可能成为治疗氧化应激相关神经退行性疾病的潜在药物。

在研究过程中，科学家利用AlphaFold和DeepNitro预测模型，分析了NMNAT和SARM1这两个已知与轴突破坏通路相关的蛋白中的硝化和硝基化位点。结果表明，NMNAT的某些位点可能比SARM1更容易受到RNS修饰的影响，暗示了可能存在一种基于氧化还原反应的调控机制。通过进一步实验，研究者发现NADPH的使用显著减少了切断引起的轴突退化，并增强了再生能力。此外，NADPH还能减轻紫杉醇诱导的周围神经病变，改善触觉反应。这些结果表明，NADPH在调节氧化应激水平方面具有重要的治疗潜力。

研究还探讨了NADPH在轴突退化和再生中的作用机制。在斑马鱼模型中，NADPH的加入延缓了轴突退化和碎片的清除过程，同时促进了再生。实验结果显示，NADPH的使用使轴突再生长度增加，而碎片的清除速度减缓。这些变化可能与NADPH通过调节氧化还原环境，影响ROS和RNS的平衡有关。此外，研究还发现，NADPH可能通过影响NADPH氧化酶的活性，促进H?O?的生成，从而在轴突再生过程中发挥积极作用。

在探讨NADPH的具体作用时，研究者还分析了其对巨噬细胞迁移的影响。实验发现，NADPH处理的斑马鱼在受伤后，巨噬细胞的到达时间有所延迟，这可能与NADPH对氧化应激的调控有关。这种延迟可能影响了轴突碎片的清除效率，但同时也可能为轴突再生提供了更有利的环境。研究还指出，NADPH在不同细胞类型中的作用可能存在差异，例如在卫星胶质细胞中，NADPH可能支持轴突再生，而在神经元中，它可能通过维持NAD?水平来促进再生并抑制退化。

研究进一步揭示了RNS在轴突退化中的作用。实验表明，过氧化亚硝基（ONOO?）能够显著促进轴突退化，而其对再生的影响则不明显。这表明，RNS在轴突退化过程中可能扮演着关键角色，尤其是在NMNAT的调控中。通过对比人类和斑马鱼的NMNAT结构，研究者发现某些关键位点可能在RNS作用下发生硝化或硝基化，从而影响其与底物的结合能力，进而调控轴突退化过程。这些位点的变化可能对NAD?的合成产生影响，从而影响轴突的完整性。

此外，研究还探讨了不同抗氧化酶在调节H?O?水平中的作用。例如，GPx1a（谷胱甘肽过氧化物酶1a）的过表达能够加快轴突碎片的清除速度，但并未完全阻止退化。这表明，虽然GPx1a具有清除H?O?的能力，但其在轴突退化过程中的作用可能不如NADPH显著。同时，研究者还指出，其他抗氧化酶如过氧化氢酶（catalase）可能在非神经元细胞中发挥作用，但其对轴突退化和再生的具体影响仍需进一步研究。

本研究不仅揭示了ROS和RNS在轴突退化和再生中的不同作用，还为开发新的神经保护策略提供了理论基础。通过调节NADPH水平，可能能够有效延缓轴突退化并促进再生，从而在治疗神经退行性疾病方面具有广阔前景。此外，研究还强调了不同细胞类型和组织环境对氧化应激反应的影响，为未来的研究提供了新的方向。这些发现有助于深入理解神经系统的修复机制，并为相关疾病的治疗策略提供新的思路。