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轴突是神经细胞的重要组成部分,与靶点细胞建立突触联系,起传递信息的作用。神经生长和再生过程中的轴突延伸直接影响轴突的长度,以及能否成功与靶细胞建立突触联系。信号转导与转录激活因子3（Stat3）通过其经典的Jak-Stat信号通路,调控了多个生理过程。除此之外,stat3还可以通过非转录依赖途径调控微管的稳定、细胞迁移、线粒体活性等。鱼类侧线系统由感受水流的机械感受器和传导信息的侧线神经组成。斑马鱼仔鱼的侧线传入神经位于上皮下方,沿着水平肌节一直延伸至尾部感受器,易于操作和测量,是很好轴突延伸在体模型。本研究利用CRISPR/Cas9在斑马鱼中成功敲除stat3基因。在标记侧线神经丘的Tg（Sq ET20:GFP）转基因鱼背景下,发现stat3纯合突变体尾部的神经丘数量从受精后4天（4 dpf）开始显著多于野生型。原位杂交结果显示,stat3纯合突变体后侧线神经上施旺细胞标记物mbp的表达较野生型短。进一步用抗乙酰化修饰-微管蛋白抗体以及Tg BAC（Neurod1:EGFP）转基因鱼追踪后侧线神经轴突生长,发现stat3纯合突变体后侧线神经轴突末梢在48 hpf之前,就停滞在泄殖孔旁,不再延伸支配尾部神经丘。为了研究stat3如何调控神经生长,我们利用Tg BAC（Neurod1:EGFP）转基因鱼对后侧线神经节细胞数进行分析,发现突变体后侧线神经节的细胞数无显著变化。通过原位杂交,发现突变体标记施旺细胞前体的sox10信号在32 hpf没有减少;另外,通过透射电镜发现突变体髓鞘结构完整,仅轴突更细,且分布分散。这暗示侧线神经轴突变细变短是stat3突变直接产生的表型。我们构建特异性在神经细胞中表达的质粒p Tol2-Neurod:td Tomaoto-P2A-Stat3,通过瞬时转基因在突变体部分侧线神经中重新表达Stat3。结果显示,过表达的后侧线神经细胞可以延伸至尾端并支配尾部神经丘;而未被过表达的对侧侧线神经均停留在泄殖孔附近。这说明,stat3通过侧线神经细胞自主性调控了轴突延伸。为了进一步探究stat3调控轴突延伸的机制,我们在野生型的侧线系统发育过程中,持续使用三种抑制剂S3I-201、Pyridone6和Stattic,以及在受精卵1细胞期注射Socs3a、Stat3Y708F和Stat3EE435-436AA m RNA持续抑制Jak-Stat信号,发现抑制Jak-Stat不会造成侧线神经轴突变短。又在突变体中过表达Stat3Y708F和Stat3EE435-436AA,发现不能拯救突变体轴突缩短的表型。因此,说明了侧线神经轴突延伸不依赖Jak-Stat,但Stat3上的Y708和EE435-436在侧线神经轴突延伸过程中是必要的。我们还测定了24 hpf和48 hpf的Stat3突变体线粒体ATP合酶活性,发现突变体ATP合酶活性显著下降。Stat3突变体中注射带有线粒体导肽的MTSStat3m RNA可以拯救侧线神经轴突延伸。构建标记侧线神经线粒体的质粒p Tol2-Neuro D:Tdtomato-cox8a检测48 hpf和72 hpf的轴浆运输,发现突变体侧线神经的轴浆运输显著变慢。这表明:Stat3通过调控线粒体能量代谢,从而影响了神经内轴浆运输的速度,以此调控侧线神经轴突延伸。在明确stat3调控侧线神经轴突延伸的机制后,我们进一步研究stat3在侧线神经轴突再生中的作用。对52 hpf的野生型斑马鱼侧线神经切割,然后饲养在抑制剂S3I-201或Pyridone6中;或在过表达Socs3a和Stat3Y708F来抑制Jak-Stat信号的情况下,在52 hpf进行侧线神经切割。结果显示:抑制Jak-Stat信号,侧线神经轴突无法再生。另外,我们在用MTSStat3 m RNA拯救侧线神经轴突生长的情况下进行神经切割,发现侧线神经轴突无法再生。因此,Jak-Stat是神经轴突再生所必需的;线粒体Stat3不足以使神经轴突完成再生。综上所述:斑马鱼stat3参与侧线神经轴突延伸,但在神经发育和再生阶段作用机制不同;在发育阶段,侧线神经的轴突延伸受线粒体stat3调控;在再生阶段,Jak-Stat信号是侧线神经轴突再生的必要条件。