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80%的早產存活嬰兒患有嚴重的神經系統損傷，是瀰漫性白質損傷（White matter injury，WMI）的高風險人群，WMI會導致腦癱進而影響運動、認知、社會行為和神經感覺。儘管該問題非常嚴重，但目前還沒有有效的治療方案。孕後第23~32周是WMI發生的高風險時期，即髓鞘形成之前的白質發育階段。在這段時間裡，胎兒大量產生的前少突膠質細胞（Pre-oligodendrocyte，pre-OL）為髓鞘化少突膠質細胞提供細胞來源。由於pre-OL缺乏抗氧化酶，所以pre-OL很容易受到炎症和氧化應激的影響而發生變性，因而神經性病變優先與正在發育的白質有關。不過，存在於新生兒生髮基質內豐富的神經幹/祖細胞（Neural stem/progenitor cell，NSPC）為其損傷修復提供了機會。針對在發育過程中減少的pre-OL開發治療方法，可能會為改善新生兒WMI提供幫助。
氧甾醇（Oxysterols）作為內源性氧化膽固醇的一種，已在哺乳動物的血液、大腦和胎盤中檢測到，但其組織特異性功能尚不清楚。研究發現氧甾醇是shh（Sonic hedgehog，shh）通路的激活劑，而shh通路是少突膠質細胞命運決定的調節因子，並增強成人脫髓鞘模型損傷後的髓鞘再生。因此，氧甾醇對shh信號傳導的可能影響新生兒發生WMI後調節少突膠質細胞的形成。
近日，來自美國杜克大學醫學中心的Eric J. Benner課題組在Cell Stem Cell期刊發表題為20-aHydroxycholesterol, an oxysterol in human breast milk, reverses mouse neonatal white matter injury through Gli-dependent oligodendrogenesis的研究論文，他們在人類母乳中發現了一種內源性氧甾醇——20-α羥基膽固醇（20-αHydroxycholesterol，20HC），它通過shh通路、Gli家族基因依賴性機制誘導少突膠質細胞的發生，為減輕早產引發WMI提供了一種潛在的治療方法。
通過對健康足月分娩母親2個月內母乳的分子質譜鑑定，研究者在母乳中檢測到多種側鏈修飾的氧甾醇，包括20HC、22-羥基膽固醇（22HC）、24-羥基膽固醇（24HC）、25-羥基膽固醇（25HC）和27-羥基膽固醇（27HC）。這表明母乳餵養的新生兒可以經常接觸到多種氧甾醇，並且沒有已知的不良後果。
研究者在EGF和FGF的體外環境下培養NSPC，再用不同氧甾醇對NSPC處理24小時後移除EGF和FGF，進而觀察分化產生少突膠質細胞（CNPase+MBP+細胞）的情況。結果發現，20HC增加了少突膠質細胞的數量，而27HC則沒有這種效果。
為了進一步確定20HC是改變了未分化NSPC的細胞命運還是增強了少突膠質細胞祖細胞（Oligodendrocyte progenitor cell，OPC）的增殖，研究者分別在3個時間點（移除EGF和FGF前24小時、移除EGF和FGF的時刻、移除EGF和FGF後6天）在NSPC培養體系中加入20HC，隨後觀察少突膠質細胞的數量。結果發現，當在移除EGF和FGF前加入20HC，能夠產生最多的少突膠質細胞，這表明20HC是靶向未分化NSPC的。此外，研究者還從新生小鼠中分離了原代OPC，通過細胞培養發現20HC處理的細胞沒有增加OPC的增殖水平。以上結果表明，20HC不會誘導OPC增殖，而是通過改變NSPC的命運以增加少突膠質細胞的數量（如圖1所示）。
圖1. 20HC是改變未分化NSPC向少突膠質細胞轉變的命運
為了更好地了解20HC體外處理後NSPC培養物中發生了哪些通過膜結合受體及其可溶性配體的信號串擾，研究者使用了單細胞轉錄組測序和細胞間通訊分析。結果發現FoxJ1+室管膜細胞產生PDGF和OPC上PDGFRα通路的激活，而且20HC治療增加了血小板反應蛋白（THBS）通路內的NSPC信號傳導，該通路與Notch信號傳導有關。
在影響NSPC命運轉變為少突膠質細胞的分子通路中，shh信號傳導是研究最充分的通路，所以接下來研究者探討了shh信號在氧甾醇誘導少突膠質細胞發生中的作用。通過體外使用shh處理NSPC，研究者觀察到少突膠質細胞數量增加。由於Gli1和Gli2是shh通路的下游轉錄因子，因此研究者也構建了轉基因小鼠模型驗證Gli1和Gli2的功能。在新生幼崽缺失Gli2時，不會破壞新生幼崽固有的少突膠質細胞的產生；然而，當使用20HC刺激時，Gli2缺陷的NSPC並沒有增強其向少突膠質細胞的命運轉化。此外，為了確定Gli2缺陷的少突膠質細胞在功能上是否正常，研究者又以甲狀腺激素T3（少突膠質細胞成熟誘導劑）處理了來自Gli2缺陷小鼠的NSPC，結果發現Gli2缺陷小鼠和野生型小鼠產生的少突膠質細胞同樣複雜和成熟。這些結果表明，敲除Gli2會損害20HC誘導少突膠質細胞的命運轉化，但不會影響其他內源分子（如T3）促進其分化為成熟少突膠質細胞的能力。
壞死性小腸結腸炎或自發性腸穿孔是在早產兒中常見的與WMI相關疾病。研究者構建了新生兒腸穿孔炎性腦損傷模型，發現和對照組相比，膿毒症可以誘發小鼠胼胝體擴散性增加、細胞結構喪失、少突膠質細胞和OPC數量減少、凋亡OPC數量增加、髓鞘形成減少。當使用20HC治療膿毒症小鼠之後，其體內的OPC和少突膠質細胞數量均出現明顯增加，並且腦室周圍和皮質下白質的髓鞘形成也得到了明顯的改善；但是，和未經治療的膿毒症小鼠相比，凋亡OPC的數量沒有發生明顯變化，這表明20HC治療不會改變損傷後的細胞死亡。此外，研究者還運用步態分析系統以評估20HC治療後的運動結果，發現膿毒症小鼠表現出顯著降低的規律性指數（是指肢體間協調性和運動規劃的衡量標準），而用20HC治療的小鼠則糾正了規律性指數的缺陷。以上這些結果表明，20HC治療可以挽救新生兒炎症性白質損傷，而且20HC可以改善新生膿毒症小鼠的神經系統和運動功能，並持續到成年期。
總之，該研究在母乳中識別了能刺激少突膠質細胞生成潛力的內源性氧甾醇，為提供具有安全性的嬰兒治療方案奠定了重要基礎。
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https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.07.010
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