[发明专利]特异性调控下丘脑SF1神经元活性的光照调控组合物及其应用

说明书

本发明提供了一种特异性调控下丘脑SF1神经元活性的光照调控组合物及其应用，通过光感基因调控技术特异性调控下丘脑SF1神经元活性以影响骨代谢。本发明所述的特异性调控下丘脑SF1神经元活性的光照调控组合物包括：用于感染SF1神经元细胞或其前体细胞的携带光感基因的病毒载体；该载体中包括启动子、光感基因、绿色荧光标记基因，其中，所述启动子为甾体类神经元启动子；能产生黄光的光照装置，用于对感染后的SF1神经元细胞或其前体细胞进行光照调控以改变其活性。本发明的技术可以精确地特异性调控下丘脑的SF1神经元，可以有效的影响骨代谢。

技术领域

本发明涉及一种特异性调控下丘脑SF1神经元活性的光照调控组合物及其应用，通过光感基因调控技术特异性调控下丘脑SF1神经元活性以影响骨代谢。

背景技术

骨质疏松、糖尿病、甲亢等代谢性和内分泌疾病是导致病人代谢功能障碍和严重影响人类健康的重要疾病。随着我国民众生活方式的转变和老龄化的加速，这类疾病的发病率正在快速上升。同机体的其他代谢相比，骨代谢是非常依赖能量的代谢进程。骨生长期能量的匮乏会严重影响骨的生长；而成人期的能量代谢不平衡也会导致严重的骨质疏松疾病。

多项基础生物医学研究进一步验证了骨代谢与中枢神经系统存在密切关系。下丘脑中的神经核团-腹内侧核(VMH)在能量代谢和骨代谢调节过程中的作用非常重要。SF1神经元(甾体类神经元)是VMH中一类重要神经元，表达若干代谢相关神经肽类激素和生长因子的受体，在维持机体代谢平衡重发挥重要作用。损伤VMH核团中的神经元(主要为SF1神经元)后骨量明显增多；激活SF1神经元中的leptin通路后可导致小鼠骨量减少，而能量代谢未发生明显变化，提示了SF1神经元可能通过不同于能量代谢的调控机制来影响骨代谢。较早期的研究已证明VMH核团为“饱食中枢”，通过物理损毁和遗传干扰VMH的正常功能均会导致动物肥胖,而VMH核团神经元自身代谢和生长因子水平也可以直接调控动物的摄食行为和能量代谢稳态，在SF-1神经元选择性敲除胰岛素受体(IR)则可以降低胰岛素激活的磷脂酰肌醇通路，避免由于饮食所导致的肥胖和糖耐受损伤。在SF-1神经元特异性敲除雌激素受体(ER-α)可以导致动物肥胖和代谢降低，提示SF-1神经元可以通过雌激素受体维持机体正常能量代谢和脂肪分布。在骨代谢方面选择性在神经元敲除leptin受体的小鼠却出现骨量明显增多，激活leptin通路后可导致小鼠骨量减少而能量代谢未发生明显变化。

目前对下丘脑腹内侧核SF1神经元进行的调控的主要手段是通过基因操作或化学药物的方法来实现。化学药物的方法缺乏空间和组织的特异性，在刺激SF1神经元的同时也会刺激到其他正常细胞，如神经元、小胶质细胞和血管内皮细胞，这样会导致一些对正常细胞不利的副作用或损伤作用；另外通过基因敲入或敲除后，对SF1神经元的影响在时间上不具有精确的可操控性。

为了选择性地对骨代谢的活动进行精细调节，现在亟需一种可以在体特异性调控SF1神经元活性的方法。

光感基因调控技术是近几年快速发展的一种新兴技术，其原理是基于基因治疗的方法给哺乳动物细胞转入不同的对光敏感的基因，通过不同波长的光对特定细胞类型活性进行调控。Channelrhodopsin-2(ChR2)编码阳离子通道蛋白，493nm波长的蓝光光照后使阳离子进入细胞，而兴奋细胞活性。另外halorhodopsin(NpHR)编码氯离子泵，592nm的黄光可以使带有负电荷的氯离子进入细胞而抑制细胞的活性；在Volvox carteri(团藻)中分离的新光感蛋白VChR1的激发波长为589nm，使光调控的波长进行红移,可以方便结合钙离子成像技术应用；ChETA把ChR2的E123突变为苏氨酸或丙氨酸，提高了对频率较高的光照的敏感性和稳定性；利用光感基因ChETA的电传导性和快速动力学特性,不仅可以实现通过光来诱导神经元产生动作电位；还可以调控神经系统的兴奋性和突触的传递性。

然而，目前并没有利用光感基因调控技术对SF1神经元进行特异性调控的研究报道。

发明内容