Life Med | 唐铁山/郭彩霞等发现羧肽酶E促进衰老小鼠神经发生

成年哺乳动物神经发生主要发生在大脑的两个神经源性区域，即侧脑室外侧壁的脑室下区（subventricular zone, SVZ）和海马齿状回（dentate gyrus, DG）的颗粒下层（subgranular zone, SGZ），在大脑正常功能的维持中发挥重要作用。新的神经元可在包括人类在内的多数成年哺乳动物DG和SVZ区中持续产生，这些新生神经元可以整合到已有的神经环路并接受功能性信号的输入，参与学习和记忆等多种认知功能的调控。哺乳动物随着年龄的增长，成体神经发生水平急剧下降。然而，目前与衰老相关的神经发生衰退的确切机制尚不清楚。另外，成体神经发生的2个主要区域存在结构构成不同以及细胞组成不同，性别也可能影响成体神经发生过程。以往的单细胞研究往往都聚焦在某一个神经发生区，尚未有将神经发生区域、性别和衰老进程同时综合分析的报道。

2023年5月，中国科学院动物研究所唐铁山课题组与北京基因组研究所郭彩霞课题组合作在Life Medicine杂志在线发表了题为Restoring Carboxypeptidase E Rescues BDNF Maturation and Neurogenesis in Aged Brains的研究论文。研究人员针对雄小鼠成体神经发生的2个主要区域SVZ和DG，建立了成年、中年、生殖衰老、衰老4个时期随月龄变化的成体神经发生区单细胞水平转录图谱，构建了干细胞与其微环境的互作网络，进一步发现衰老小鼠的SVZ和DG区都存在神经生长因子相关通路缺陷,通过回补生长因子加工酶羧肽酶E可重建衰老小鼠神经发生区的成体神经发生过程。

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首先，研究人员收集了2、7、12、19月龄（分别对应成年、中年、生殖衰老、衰老4个时期）的雌雄小鼠SVZ区和DG区的脑组织，建立了随月龄变化的成体神经发生区单细胞水平转录图谱。通过系统分析，揭示了小鼠成体神经发生区的神经干细胞、扩增祖细胞、神经母细胞等多种细胞类型在衰老过程中的变化规律，鉴定了HMGB2、UNG、UBE2C、APOE分别是扩增祖细胞、细胞周期停滞的祖细胞、细胞周期活跃的祖细胞、衰老的祖细胞的分子标记。

通过系统分析衰老过程中成体神经干细胞自身与周围微环境的变化，发现成体神经干细胞有静息和活化两种状态；由静息态向活化态转换过程中，伴随生长因子类受体（包括TrkB）表达显著上升，提示生长因子类受体可能在成体神经干细胞的活化过程中发挥关键作用。在衰老小鼠的神经干细胞中，受体高表达的活化态神经干细胞数量显著下降，并且成熟脑源性神经营养因子（mBDNF）与脑源性神经营养因子前体（proBDNF）比值降低，而参与BDNF成熟的加工酶——羧肽酶E（Carboxypeptidase E, CPE）在神经发生区高表达，并随年龄增长显著下降，提示CPE减少可能参与了衰老相关的神经发生衰退过程。

随后研究人员通过在体神经发生实验分析了敲低或外源补给CPE蛋白或过表达CPE对SVZ区原位神经发生的影响。结果发现，给衰老小鼠SVZ区外源补给CPE蛋白或通过慢病毒过表达CPE均可显著促进SVZ的神经发生、增加mBDNF水平；而敲低CPE则显著抑制神经发生、降低mBDNF水平，并且这一过程依赖于CPE的羧肽酶活性。进一步，体外酶切结果显示，虽然CPE本身不能剪切proBDNF，但它可促进SVZ区神经干细胞内表达的其他proBDNF前体转换酶的剪切效率，从而间接促进mBDNF的产生和成体神经发生过程。

SVZ区过表达CPE促进成体神经发生，提高mBDNF水平

总之，该研究不仅建立了可同时比较分析不同衰老阶段、不同神经发生区、不同性别对成体神经干细胞和神经发生影响的全景图谱，还揭示了羧肽酶E在调控成体神经发生区mBDNF的产生和原位神经发生过程中的重要作用，为将来治疗成体神经发生相关的中枢神经系统疾病提供了一个新靶点。

中国科学院动物研究所唐铁山研究员和北京基因组所郭彩霞研究员为本文的共同通讯作者，刘红美，蒋东方，姚富文，李婷婷和周博为本文的共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划和中科院先导专项的经费支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnad015

引用本文：

Hongmei Liu and others, Restoring carboxypeptidase E rescues BDNF maturation and neurogenesis in aged brains, Life Medicine, Volume 2, Issue 2, April 2023, lnad015, https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnad015

排版：浩腾