《The FEBS Journal》：Characterization of dermatan sulfate and chondroitin sulfate profiles during brain regeneration in Styela plicata
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神经再生是指神经组织在损伤后进行自我更新的能力，这一过程在哺乳动物中受到高度限制。相比之下，海鞘等海洋脊索动物表现出显著的再生能力，使其成为研究神经再生的宝贵模型。本研究调查了海鞘 Styela plicata 脑再生过程中硫酸皮肤素（DS）和硫酸软骨素（CS
神经再生是指神经组织在损伤后进行自我更新的能力，这一过程在哺乳动物中受到高度限制。相比之下，海鞘等海洋脊索动物表现出显著的再生能力，使其成为研究神经再生的宝贵模型。本研究调查了海鞘 Styela plicata 脑再生过程中硫酸皮肤素（DS）和硫酸软骨素（CS）的谱系变化。研究人员通过注射 3-乙酰吡啶（3-AP）诱导神经退行性变，随后在注射后第 1、5 和 10 天，利用组织学、实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）、液相色谱、行为学测试及系统发育方法对神经复合体（NC）进行了分析。研究结果显示，治疗一天后，脑神经节表现出显著退化，而在第 10 天时形态学和分子水平均得到恢复，神经元和突触标记物回归至对照组水平。基因表达分析揭示，在再生最终阶段，C-6、C-4 和 C-2 磺基转移酶出现早期上调。研究首次描述了脑神经节皮质中存在硫酸皮肤素 2,6（D2,6S）和硫酸软骨素 4（C4S），并发现 2,6-硫酸化二糖构成了神经复合体的主要成分，强调了其与再生的密切关系。行为学测试表明，共注射 3-AP 与 D2,6S 可恢复受损的水管运动功能。最后，系统发育分析显示海鞘 DS 差向异构酶（DSE）与哺乳动物大脑中发现的脊椎动物 DSE 2 型亲缘关系最近。综上所述，这些结果表明特定的糖胺聚糖（GAGs）硫酸化模式在海鞘神经再生过程中受到动态调控。该研究为促进脊椎动物神经再生的分子和策略提供了新见解，并推动了再生医学领域的发展。
神经再生能力的物种差异及其分子机制一直是神经科学领域的研究热点。尽管哺乳动物的中枢神经系统（CNS）在损伤后再生能力极其有限，主要受限于细胞外基质（ECM）中糖胺聚糖（GAGs）的抑制性修饰及胶质瘢痕的形成，但作为脊索动物亚门尾索纲的海鞘却展现出惊人的 CNS 再生潜能。在海鞘中，特定的 GAGs 如硫酸软骨素（CS）和硫酸皮肤素（DS）的结构变异，特别是其硫酸化模式，被认为在调节神经发生、轴突生长及突触可塑性中起关键作用。然而，此前关于海鞘 CNS 中特异性 GAGs 的组成及其在脑再生动态过程中的调控机制尚属空白。鉴于不同硫酸化模式的 GAGs（如抑制性的 C4S 与促进再生的 D2,6S）在功能上的显著差异，深入探究海鞘脑再生过程中这些分子的时空变化规律，对于揭示低等脊索动物高效再生的分子策略，并为脊椎动物神经损伤修复提供进化生物学线索具有重要意义。本研究发表于《The FEBS Journal》，旨在填补这一知识空白。
研究人员选取了全球分布的海鞘 Styela plicata 作为实验对象，通过化学诱导建立神经损伤模型。研究团队利用 3-乙酰吡啶（3-AP）作为神经毒素，特异性诱导高代谢神经元死亡，从而模拟神经退行性病变。样本队列来源于巴西里约热内卢 Arma??o dos Búzios 海域采集的成年个体。在损伤诱导后的不同时间点（1 天、5 天、10 天），研究人员综合运用多种关键技术手段展开调查：首先，通过透射电子显微镜观察神经组织的超微结构变化，利用苏木精 - 伊红（H&E）染色评估组织病理学改变，并借助β-III-微管蛋白（TUJ）和突触素（SYN）的免疫荧光标记量化神经发生与突触生成的动态过程；其次，采用实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）技术，检测参与 CS 和 DS 生物合成的关键酶（包括差向异构酶 DSE 及多种磺基转移酶 CST、UST 等）的转录水平变化；再次，利用强阴离子交换高效液相色谱（SAX-HPLC）技术，精确分离并定量分析神经复合体中二糖单元的具体组成及硫酸化修饰模式；此外，通过水管收缩反射的行为学测试，评估外源性补充 D2,6S 对神经功能的保护作用；最后，基于序列比对构建系统发育树，探讨海鞘 DSE 基因与脊椎动物同源基因的进化关系。
研究结果详细阐述了海鞘脑再生的全过程及其分子特征。
脑再生在神经毒素注射 10 天后完成
超微结构与组织学分析表明，3-AP 注射 1 天后，脑神经节出现严重的空泡化变性和细胞器减少，神经纤维网结构破坏，TUJ 和 SYN 标记显著降低，表明急性退行性变的发生。至第 5 天，组织开始呈现修复迹象，空泡减少。到第 10 天，神经组织的形态结构、细胞完整性及突触标记物水平均恢复至对照组状态，证实了海鞘 CNS 具有完全的结构与功能再生能力。
CS 和 DS 生物合成酶的表达在神经再生期间发生动态变化
基因表达分析显示，在损伤后第 1 天，负责将葡萄糖醛酸转化为艾杜糖醛酸的 DSE 酶，以及负责特定位置硫酸化的 C6ST-L7、C4ST-L3 和 UST 酶的 mRNA 水平显著上调。这表明再生早期启动了强烈的 GAGs 修饰程序。值得注意的是，C4ST-L5 的表达高峰出现在第 10 天，提示不同异构体在再生不同阶段可能发挥特异性作用。
糖胺聚糖主要分布于脑神经节皮质区
免疫定位结果显示，C4S 和 D2,6S 主要富集于脑神经节的皮质区域，围绕细胞核分布，而在髓质区信号较弱。这种空间分布模式在再生各阶段保持稳定，暗示皮质区是 GAGs 介导神经修复的主要场所。
海鞘脑中软骨素/皮肤素 2,6-硫酸盐的产生增加
液相色谱定量分析揭示了惊人的发现：海鞘神经复合体中超过 90% 的二糖单元为ΔDi2,6S（即 D2,6S），且其比例在损伤后第 5 天达到峰值。相比之下，通常与再生抑制相关的ΔDi4S（C4S 组分）含量极低（<1%）。这一结果强烈暗示，高丰度的 D2,6S 构成了海鞘 CNS 允许再生的微环境基础，而其动态增加与再生进程紧密相关。
硫酸皮肤素 2,6 逆转水管反应时间的损伤
行为学实验证实，3-AP 注射导致海鞘水管收缩反射显著延迟。然而，共注射低剂量（1 μg/mL）的 D2,6S 能够显著缩短反射恢复时间，使感觉运动功能提前两天恢复。这直接证明了 D2,6S 在体内具有明确的神经保护和功能促进效应。
海鞘 DSE 与脊椎动物 DSE 2 亲缘关系更近
系统发育分析表明，海鞘及头索动物的 DSE 序列与脊椎动物的 DSE 2 型聚类更近，而 DSE 2 正是哺乳动物脑中最主要的类型。这提示海鞘 DSE 可能是脊椎动物 DSE 2 的进化前体，保留了促进神经再生的原始功能特性。
讨论部分总结指出，本研究首次系统描述了成年海鞘神经系统退行与再生过程中 CS/DS 转录水平及最终二糖产物的动态变化。与哺乳动物 CNS 损伤后形成富含 C4S 的胶质瘢痕不同，海鞘通过上调 DSE 及特定磺基转移酶，大量合成具有促再生特性的 D2,6S，同时保持极低的 C4S 水平，从而营造出一种允许神经重塑的细胞外基质环境。这种特定的硫酸化模式调控可能是海鞘实现高效神经再生的关键策略之一。此外，D2,6S 的功能恢复作用及其与脊椎动物 DSE 2 的进化同源性，为理解脊索动物神经再生的进化保守性及开发基于 GAGs 的神经修复疗法提供了重要依据。
研究结论部分翻译如下：综上所述，研究数据表明，海鞘中由 3-AP 诱导的神经退行性变随后伴随着高效的再生过程，该过程与 CS/DS 硫酸化模式的动态重塑密切相关，尤其是 D2,6S 的富集。本研究首次描述了成年海鞘 CNS 中 CS 和 DS 的存在，并表征了它们在神经再生过程中的调节作用。研究结果提示，特定的 DS 基序可能促成了尾索动物中所观察到的允许性再生微环境，为脊索动物中枢神经系统再生的进化提供了深刻的见解。
