Science Advances丨邱偉/湯常永團(tuán)隊闡明了視神經(jīng)脊髓炎相關(guān)認(rèn)知功能障礙的新機(jī)制

研究概況

AQP4-IgG刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放多種炎癥因子：該研究首先利用RT-qPCR驗證了AQP4抗體（AQP4-IgG）可以誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞增加CHI3L1的表達(dá)。通過免疫熒光染色，進(jìn)一步闡明了AQP4抗體可激活星形膠質(zhì)細(xì)胞CHI3L1的表達(dá)，并導(dǎo)致AQP4表達(dá)降低及內(nèi)化。轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，AQP4-IgG刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌大量的炎癥因子（包括CHI3L1）（圖1）。

△圖1：AQP4-IgG可以激活星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌炎性因子及CHI3L1

CHI3L1水平與海馬認(rèn)知功能相關(guān)性分析: 該研究還對NMOSD患者血清、腦脊液及腦活檢病理切片進(jìn)行了分析，證實NMOSD患者中CHI3L1水平明顯升高；通過對海馬影像學(xué)及相關(guān)認(rèn)知功能評分分析，發(fā)現(xiàn)NMOSD患者認(rèn)知功能下降可能與海馬體積改變有關(guān)，左、右海馬體積與血清中CHI3L1含量成一定負(fù)相關(guān)；經(jīng)CHI3L1蛋白刺激后，神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）的增殖和分化被顯著抑制；而預(yù)先在AQP4-IgG刺激后的星形膠質(zhì)細(xì)胞的條件培養(yǎng)基中加入CHI3L1中和抗體去除CHI3L1，則能夠明顯改善神經(jīng)干細(xì)胞增殖和分化（圖2）。

△圖2：CHI3L1的表達(dá)水平及與海馬認(rèn)知功能的相關(guān)性分析

注射AQP4-IgG導(dǎo)致成體神經(jīng)發(fā)生缺陷及認(rèn)知功能障礙：團(tuán)隊利用腦立體定位注射技術(shù)向海馬注射AQP4-IgG ，4周后進(jìn)行相關(guān)行為學(xué)實驗。曠場實驗中，注射AQP4-IgG組小鼠運(yùn)動總路程及中央?yún)^(qū)域跨越次數(shù)均減少；在莫里斯水迷宮(MWM)中，AQP4-IgG組小鼠穿越目標(biāo)象限的次數(shù)減少，尋找到平臺所用時間更長。團(tuán)隊進(jìn)一步將這些小鼠腦冰凍切片進(jìn)行免疫熒光染色，發(fā)現(xiàn)EdU⁺增殖細(xì)胞、EdU⁺GFAP⁺Sox2⁺?神經(jīng)干細(xì)胞和EdU⁺GFAP^-Sox2⁺?前體細(xì)胞、BrdU⁺DCX⁺未成熟神經(jīng)元和BrdU⁺NeuN⁺成熟神經(jīng)元的細(xì)胞數(shù)量均較對照組減少（圖3）。

△圖3：NMOSD海馬局部注射小鼠模型中神經(jīng)發(fā)生及認(rèn)知功能的影響

特異性敲除星形膠質(zhì)細(xì)胞中CHI3L1，可改善NMOSD模型小鼠海馬神經(jīng)發(fā)生缺陷及認(rèn)知功能障礙：本研究進(jìn)一步應(yīng)用Chil1^flox/flox小鼠，特異性敲除星形膠質(zhì)細(xì)胞中CHI3L1，能夠挽救NMOSD動物模型的海馬神經(jīng)發(fā)生缺陷及認(rèn)知功能障礙（圖4）。

△圖4：特異性敲除星形膠質(zhì)細(xì)胞中CHI3L1可改善NMOSD神經(jīng)發(fā)生缺陷及認(rèn)知功能障礙

CHI3L1/CRTH2通過抑制β-catenin信號通路抑制NSCs增殖和分化：通過免疫熒光共標(biāo)記發(fā)現(xiàn)，僅CRTH2在神經(jīng)干細(xì)胞中表達(dá)。并發(fā)現(xiàn)CHI3L1蛋白刺激NSCs可以明顯抑制β-catenin的表達(dá)，而利用表達(dá)shRNA的慢病毒敲除NSCs中CRTH2后，β-catenin的表達(dá)得到了明顯恢復(fù)；同時發(fā)現(xiàn)，敲降CRTH2受體能夠挽救CHI3L1對神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化的抑制作用。因此，調(diào)控CHI3L1/CRTH2/β-catenin信號通路可以改善NMOSD小鼠模型中神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化缺陷（圖5）。

△圖5：CHI3L1抑制海馬神經(jīng)發(fā)生的相關(guān)受體及下游信號通路

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該研究首次證明了CHI3L1為NMOSD患者和小鼠模型中成體神經(jīng)發(fā)生缺陷及認(rèn)知功能障礙的關(guān)鍵分子。抑制NMOSD模型小鼠中的星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌CHI3L1可以明顯促進(jìn)成體海馬神經(jīng)發(fā)生，并改善認(rèn)知功能的缺陷；同時也證明了CHI3L1/CRTH2/β-catenin信號通路在NMOSD成體神經(jīng)發(fā)生相關(guān)認(rèn)知功能障礙中的重要作用。該研究結(jié)果不僅深入闡明了NMOSD相關(guān)認(rèn)知功能障礙的新機(jī)制，也為改善神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫炎性疾病認(rèn)知功能障礙提出新的研究靶點。

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研究團(tuán)隊

姜維博士后、祝帆科研助理、徐輝明博士為共同第一作者，邱偉教授、湯常永副研究員、Alvin Huang教授為共同通訊作者。該研究得到了中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院實驗醫(yī)學(xué)部韓曉燕主任、丘秀生、梁淑珍、蔡程程、陳雪芳和胡宇等管理員的支持和幫助。

邱偉教授：中山大學(xué)校長辦公室副主任(掛職)，中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院院長助理、人力資源部部長、罕見病中心主任、神經(jīng)內(nèi)科副主任、腦病中心辦公室主任。其團(tuán)隊長期致力于神經(jīng)免疫疾?。∟MOSD、MS等）的基礎(chǔ)及臨床研究，以第一/通訊作者在JAMA Neurology、Science Advances、Molecular Therapy、ACS Nano、Advanced Science、Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry、Glia、Nano Today、Clinical and Translational Medicine?等國際期刊發(fā)表高水平論文，論文累計被引用2306次，獲國際同行認(rèn)可，被Nature?Review?Neurology?等相關(guān)領(lǐng)域綜述及論文引用。擔(dān)任知名期刊Current Neurology and Neuroscience Reports?編委，參與多個國際期刊的發(fā)展和規(guī)劃，同時任中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會膠質(zhì)細(xì)胞分會副主任委員等職。

湯常永副研究員：中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院副研究員，中山大學(xué)“百人計劃”引進(jìn)人才。在中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物研究所獲得神經(jīng)生物學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，布朗大學(xué)博士后。主要研究神經(jīng)干細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞及其微環(huán)境在神經(jīng)退行性疾?。ㄈ缢ダ?、AD等）和神經(jīng)免疫性疾?。ㄈ鏝MOSD、MS等）中的作用。并主持國家自然基金，科技創(chuàng)新-2030腦計劃青年項目（課題骨干），廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)基金等多個科研項目。近年來在Neuron、Science Advances、Molecular Psychiatry、Molecular Therapy、Cell Reports(2篇)、Glia?等雜志發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。

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