Wolfram综合征是一种人类罕见的以青少年时期糖尿病和视神经萎缩为主要特征的常染色体隐性遗传性疾病,同时也是一种神经退行性疾病。在Translational Research神经系统方面的临床症状为视觉缺陷、小脑共济失调、癫痫、焦虑,以及认知障碍等。神经影像学显示,大多数患者出现全脑萎缩。这些患者在中年时期因为全脑萎缩导致的呼吸衰竭而死亡,给患者以及家人的身心带来巨大的伤害。目前医学界认为Wolfram综合征主要是由基因WFS1的突变而引起的,基因WFS1编码一种内质网跨膜蛋白Wolframin(WSF1)。蛋白WFS1在胰腺中表达量非常丰富,其在葡萄糖代谢过程中起着至关重要的作用。蛋白WFS1在大脑中表达量也非常丰富,特别是在海马、下丘脑、小脑和脑干。值得一提的是,蛋白WFS1可能是另一种神经退行性疾病,即阿尔茨海默症的新型调控因子。Wolfram综合征作为一种神经退行性疾病,可能导致神经元的轴突变性,这恰好是脊髓损伤后神经元的重要特征。轴突变性不仅是治疗NSC125066体内神经退行性疾病的靶点,也是修复脊髓损伤的重要突破口。因此,探究如何缓解轴突变性,促进轴突再生具有非常重要的意义。然而,据了解蛋白WFS1对中枢神经系统轴突再生的作用至今尚不清楚。斑马鱼是研究中枢神经系统疾病的理想动物模型,其基因组与人类基因组的同源性接近80%。此外,成年哺乳动物中枢神经系统的轴突无法再生,而在斑马鱼脑干中有一对运动神经元毛特纳细胞,其轴突显示出强大的再生能力,使斑马鱼逐渐成为研究脊髓损伤的理想模型。基因WFS1在人类基因组中只有一个拷贝,而在斑马鱼基因组内有wfs1a和wfs1b两个亚型。因此,本课题利用斑马鱼的脊髓损伤模型研究与基因WFS1同源性更高的斑马鱼基因wfs1b敲除对幼鱼毛特纳细胞轴突再生的影响,能够更好地了解Wolfram综合征的病理机制。在本课题中,原位杂交结果显示,在斑马鱼发育早期基因wfs1a和wfs1b的mRNA在中枢神经系统中均有表达。进化树分析结果显示基因wfs1b与人类基因WFS1的同源性更高。因此,利用基因编辑技术构建一个wfs1b-/-纯合突变的斑马鱼品系,探究斑马鱼基因wfs1b的敲除对幼鱼毛特纳细胞轴突再生的影响。研究发现,基因wfs1b的敲除不仅降低毛特纳细胞的轴突再生能力,还抑制毛特纳细胞轴突再生后的功能恢复,产生这一现象的原因之一可能是基因wfs1b的敲除引起了内质网应激反应。从分子水平上观察到基因wfs1b的敲除导致未折叠反应信号通路的下游分子表达量上调;形态学水平上观察到wfs1b-/-斑马鱼的内质网超微结构受到破坏。通过药理学方法,使用内质网应激的抑制剂4-苯基丁酸(4-PBA)可以促进wfs1b-/-斑马鱼毛特纳细胞轴突再生能力的恢复,使用内质网应激的激活剂衣霉素(TM)会抑制正常斑马鱼的毛特纳细胞轴突再生能力。除此之外,在单细胞水平上对wfs1b-/-斑马鱼毛特纳细胞进行wfs1b基因确认细节的回补可以提升毛特纳细胞轴突的再生能力。综上所述,本课题利用基因编辑、整体原位杂交、单细胞电穿孔、在位活体成像、双光子激光损毁、透射电子显微成像,以及行为学检测等技术,发现斑马鱼基因wfs1b的敲除通过内质网应激信号途径抑制毛特纳细胞的轴突再生。本课题结果为Wolfram综合征的治疗和脊髓损伤的修复提供了新证据。