过氧化氢（H2O2）诱导氧化应激下 tRNA 片段影响神经发生的机制探秘

为探究 tRNA 片段（tRFs）在神经发生中的作用，研究人员以过氧化氢（H2O2）诱导氧化应激，聚焦 tRF-Glu-CTC。研究发现，H2O2会使 tRF-Glu-CTC 水平上升、神经发生标记物减少，抑制 tRF-Glu-CTC 可逆转这一现象，为神经发生研究提供新方向。

　　在细胞的奇妙世界里，tRNA（transfer RNAs，转运核糖核酸）作为非编码 RNA 的重要一员，是细胞中 RNA 的第二常见形式，它就像一把神奇的 “钥匙”，能在特定情况下被切割成 tRNA 片段（tRNA fragments，tRFs），参与基因调控。在中枢神经系统（central nervous system，CNS）的各种生理功能中，tRFs 也发挥着关键作用。然而，在神经系统疾病中，tRNA 加工异常的现象频繁出现，这与肌萎缩侧索硬化（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）等疾病的发生发展密切相关。同时，氧化应激作为一个重要的影响因素，不仅能导致 tRFs 的形成，还会对神经产生产生作用。其中，过氧化氢（H2O2）在细胞内信号传导中扮演着复杂的角色，适量时可促进神经祖细胞的自我更新和神经发生，而过量则可能带来负面影响。在这样的背景下，为了深入了解 tRFs 在神经发生过程中的具体作用机制，来自伊兹密生物医学和基因组中心（Izmir Biomedicine and Genome Center）、多库兹埃尤尔大学（Dokuz Eylul University）等机构的研究人员开展了一项重要研究。该研究成果发表在《Journal of Molecular Neuroscience》上，为相关领域的研究提供了新的思路和方向。

研究人员采用了多种关键技术方法。在细胞实验方面，将小鼠胚胎干细胞系 CGR8 诱导分化为神经干细胞（neural stem cells，NSCs） ，并使其暴露于不同浓度的H2O2中。利用定量实时荧光定量聚合酶链式反应（quantitative real-time PCR，qRT-PCR）技术检测神经元标记物和 tRF-Glu-CTC 的表达水平；通过免疫荧光染色（Immunofluorescence Staining）观察神经元标记物的变化。在动物实验中，选用斑马鱼胚胎，用不同浓度H2O2处理，借助 qRT-PCR 测定 tRF-Glu-CTC 水平，采用原位杂交（in situ hybridization，ISH）和免疫荧光染色检测神经发生标记物。此外，还运用生物信息学方法进行靶基因分析和基因本体（Gene Ontology，GO）富集分析。

研究结果如下：

1. H2O2对 NSCs 中 tRF-Glu-CTC 水平的影响：研究人员将小鼠胚胎干细胞 CGR8 成功分化为 NSCs。在分化过程中，神经元标记物 βIII - 微管蛋白和微管相关蛋白 2（microtubule-associated protein 2，MAP2）的表达逐渐增加。当 NSCs 暴露于H2O2后，MAP2 标记物的表达明显减少，而 tRF-Glu-CTC 的水平在不同浓度H2O2处理下均有所上升，尤其在 50μM 和 400μM 浓度时，上升趋势更为显著。
2. H2O2在斑马鱼胚胎中的动态变化及对 tRF-Glu-CTC 水平的影响：利用转基因斑马鱼（Tg (actb2:hyper3) ka8），通过共聚焦显微镜观察发现，随着H2O2浓度增加，胚胎脑区的 HyPer 比率升高，表明细胞内H2O2水平上升。同时，在不同浓度H2O2处理的 72hpf 斑马鱼胚胎中，tRF-Glu-CTC 水平均高于对照组，且在 2mMH2O2浓度时达到最高。
3. H2O2氧化应激对斑马鱼神经发生的影响：在野生型 AB 斑马鱼胚胎实验中，用 2mMH2O2处理后，通过 ISH 检测 Calb2a（calbindin 2a，钙结合蛋白 2a）和免疫荧光染色检测 HuC/D，发现这两种神经发生标记物的表达均下降，这意味着H2O2氧化应激对斑马鱼神经发生产生了抑制作用。
4. tRF-Glu-CTC 抑制对 NSCs 神经发生的影响：为了进一步明确 tRF-Glu-CTC 在神经发生中的作用，研究人员使用 tRF-Glu-CTC 抑制剂转染 NSCs。结果显示，在H2O2处理条件下，神经发生标记物 βIII - 微管蛋白、MAP2 和胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）的 mRNA 水平和蛋白表达在添加抑制剂后有所恢复，表明 tRF-Glu-CTC 抑制剂能够逆转H2O2暴露导致的神经元标记物表达减少，说明 tRF-Glu-CTC 在H2O2暴露下对神经发生具有抑制作用。
5. tRF-Glu-CTC 靶基因的 GO 富集分析：通过 tRFtarget 平台预测 tRF-Glu-CTC 的潜在靶基因，并进行 GO 富集分析。结果表明，其靶基因主要与神经元功能和突触过程相关，如参与突触后组织、轴突导向、神经发生和神经元突触可塑性等过程的基因。

综合上述研究结果，在H2O2诱导的氧化应激条件下，无论是在体外培养的 NSCs 还是体内的斑马鱼胚胎中，tRF-Glu-CTC 的表达都会增加，同时神经发生受到抑制，神经发生标记物的表达减少。而抑制 tRF-Glu-CTC 能够逆转这种抑制作用，这表明 tRF-Glu-CTC 在神经发生过程中起着重要的调节作用，很可能是一个潜在的治疗靶点。然而，该研究也存在一定的局限性，例如仅研究了 72hpf 的斑马鱼胚胎，未涉及其他与神经发生相关的 tRFs 以及不同的发育阶段，并且在体外实验中对H2O2浓度和暴露时间的研究范围还需进一步拓展。尽管如此，这项研究为深入理解氧化应激与神经发生之间的关系提供了新的视角，为后续研究其他 tRFs 在神经发生中的作用以及开发针对神经系统疾病的新疗法奠定了坚实的基础，有望在未来为相关疾病的治疗带来新的突破。