在中枢神经系统中,轴突髓鞘化是由寡突胶质细胞(Oligodendrocyte,OL)分泌髓鞘蛋白包裹神经元轴突以形成致密绝缘层的过程。此绝缘层可促进动作电位跳跃式的快速传播,这对于中枢神经系统的功能至关重要。大量的临床研究表明,髓鞘的缺失会诱发神经纤维损伤及神经系统炎症等严重后果。多发性硬化症(Multiple sclerosis)是最著名的髓鞘退行性疾病之一。在早期中枢神经系统发育过程中,寡突胶质细胞前体细胞(Oligodendrocyte progenitor cell,OPC)的特化、增殖、分化成为寡突胶质细胞、成熟后进行髓鞘化的过程,受到多种内源和外源信号的严格调控。对于神经系统正处于发育过程中的新生儿和婴幼儿来说,一旦遭受缺血、缺氧等所诱发的脑白质损伤,会引起脑瘫(Cerebral palsy)等极其严重的神经系统疾病,对家庭和社会造成严重的负担。因此脑白质损伤修复一直是临床及基础神经科学家致力于攻克的难题。而脑白质就是寡突胶质细胞聚集而高度髓鞘化的神经轴突束聚集的脑区,包括胼胝体和海马伞等。因此研究中枢神经系统发育,揭示寡突胶质细胞系的发生、增殖、分化、并进行髓鞘化的细胞和分子机制,有助于我们找到治疗多发性硬化症以及脑瘫等与髓鞘相关疾病的策略。Akt/蛋白激酶B(PKB)是AGC kinase家族(包括PKA,PKG以及PKC)中的一个亚家族。在哺乳动物中,Akt/PKB家族包含三个高度保守的同源基因,分别称为Akt1/PKBα,Akt2/PKBβ和Akt3/PKBγ。Akt/PKB在多条信号通路中扮演着重要角色,在促进细胞生长,增殖,存活等方面起着积极的作用。这些功能正是由这3个在蛋白序列及结构上高度保守的同源基因所介导的。之前的小鼠遗传学研究已经表明,Akt1,Akt2和Akt3在发育和生理方面的功能既有特异性,又有叠加效应。而他们在神经系统发育,尤其是在寡突胶质细胞系的特化,分化,成熟和髓鞘化等方面的功能至今还没有相应的、充分的比较研究。使用可同时识别三个Akt蛋白激活形式的磷酸化修饰的抗体(p-Aktantibody)在小鼠胚胎期脑切片的染色结果表明,激活形式的Akt在神经前体细胞中富集。这就预示着Akt可能在神经发育过程中起着重要作用。为了研究Akt1,Akt2和Akt3在脑发育,尤其在寡突胶质细胞生成、分化、成熟和髓鞘化等过程中的作用以及所扮演的不同角色,Akt单基因敲除鼠(Akt1 KO,Akt2 KO and Akt3 KO)成为很重要的动物遗传学模型。通过对Akt单基因敲除鼠脑结构的分析,我们发现Akt3在控制脑白质体积方面起独特的作用,这与前人的研究一致。重要的是,我们发现在Akt3缺失成年小鼠中,髓鞘蛋白表达显著下调,而其主要的神经元蛋白的表达却未见异常。而Akt1敲除对髓鞘蛋白的表达作用甚微,Akt2失活则对髓鞘蛋白的表达几乎不起作用。同时我们发现Akt3失活所引起的髓鞘蛋白表达不足,与胼胝体及大脑皮层中寡突胶质细胞的发生以及髓鞘基因上游关键转录因子Myrf(Myelin gene regulatory factor)的下调有关。但是Akt3 KO小鼠在早期神经前体细胞(Neural progenitor cell,NPC)的增殖、分化、神经元迁移以及皮层分化未见异常,而寡突胶质细胞作为神经前体细胞的后代,Akt3缺失所引起的寡突胶质细胞数目减少与神经前体细胞自身的增殖能力没有关系。鉴于神经轴突髓鞘化对于神经信号传递的重要功能,Akt3突变小鼠在检测平衡和运动能力以及学习记忆能力的行为学实验中表现不佳,而Akt1缺失小鼠在这些行为学实验中未表现出异常及缺陷。为了进一步验证Akt3缺失小鼠所表现出的“小颅”(Microcephaly),寡突胶质细胞生成不足以及髓鞘蛋白表达显著下调等表型是否依赖于Akt3在寡突胶质细胞系内源的功能,我们新构建了一个floxed Akt3小鼠,通过与Olig1-cre小鼠交配,可得到基因型为Olig1-cre;Akt3f/f的后代,以实现在寡突胶质细胞前体细胞中特异性地敲除Akt3。有趣的是,Olig1-cre;Akt3f/f条件敲除小鼠基本复制了Akt3全身性敲除小鼠(Akt3 KO)的表型,如“小颅”,白质体积减小,寡突胶质细胞生成不足以及髓鞘蛋白表达显著下调等。而在Olig1-cre;Akt3f/f条件性敲除小鼠中,寡突胶质细胞前体细胞以及成熟的寡突胶质细胞数目的减少并不依赖于细胞凋亡,而主要是因为胚胎期的寡突胶质细胞前体细胞增殖能力不足。综上所述,通过研究Akt单基因全身性敲除小鼠(Akt1 KO,Akt2 KO,Akt3 KO),我们发现Akt3在控制脑白质体积、寡突胶质细胞生成和髓鞘蛋白表达方面扮演着主要角色。通过研究Olig1-cre;Akt3f/f条件性敲除小鼠,我们发现寡突胶质细胞前体细胞内源的Akt3调控寡突胶质细胞前体细胞的增殖,从而影响成熟的、可分泌髓鞘蛋白的寡突胶质细胞的数量以及髓鞘蛋白的表达。进一步对比研究Akt3 KO全身性敲除小鼠和Olig1-cre;Akt3f/f条件敲除小鼠,我们认为Akt3控制脑白质体积方面的作用至少部分依赖于寡突胶质细胞内源的Akt3的促进增殖的能力,这对于成熟寡突胶质细胞的发生以及髓鞘蛋白表达至关重要。