邱偉/湯常永團(tuán)隊(duì)闡明視神經(jīng)脊髓炎相關(guān)認(rèn)知功能障礙的新機(jī)制

近日，中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院腦病中心邱偉/湯常永團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊Science Advances發(fā)表了題為“CHI3L1 signaling impairs hippocampal neurogenesis and cognitive function in autoimmune-mediated neuroinflammation”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)NMOSD患者血液和腦脊液中CHI3L1的表達(dá)水平顯著升高，并與認(rèn)知功能障礙相關(guān)評(píng)分存在相關(guān)性。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)NMOSD細(xì)胞和動(dòng)物模型及多種實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了患者來(lái)源或者小鼠來(lái)源的AQP4-IgG能夠明顯地激活星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放大量炎癥因子（包括CHI3L1），并且顯著抑制海馬神經(jīng)干細(xì)胞的增殖分化，進(jìn)而造成海馬相關(guān)認(rèn)知功能障礙。在星形膠質(zhì)細(xì)胞中特異性敲除CHI3L1，可明顯改善NMOSD動(dòng)物模型小鼠認(rèn)知功能。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，CHI3L1通過(guò)與神經(jīng)干細(xì)胞上CRTH2受體結(jié)合的機(jī)制抑制β-catenin信號(hào)通路，進(jìn)一步導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)生異常和認(rèn)知功能障礙。

視神經(jīng)脊髓炎譜系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders，NMOSD)是我國(guó)最常見的一種免疫介導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性脫髓鞘疾病。NMOSD患者復(fù)發(fā)率及致殘率高，90%以上的患者呈現(xiàn)反復(fù)發(fā)作病程，隨著對(duì)NMOSD認(rèn)識(shí)的加深，NMOSD患者的認(rèn)知障礙逐漸引起關(guān)注。評(píng)估NMOSD的認(rèn)知障礙及其損傷機(jī)制、影像學(xué)表現(xiàn)及相關(guān)治療理論知識(shí)仍極其缺乏。因此，深入研究NMOSD認(rèn)知功能損害發(fā)生的病理生理機(jī)制及尋找認(rèn)知障礙標(biāo)志物，這將有利于盡早采取有效措施延緩NMOSD認(rèn)知功能的下降，為NMOSD早期診斷及治療提供幫助。

?

△原文鏈接 www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg8148

?

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(yàn)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(guò)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(cè)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(duì)NMOSD患者血清、腦脊液及腦活檢病理切片進(jìn)行了分析，證實(shí)NMOSD患者中CHI3L1水平明顯升高；通過(guò)對(duì)海馬影像學(xué)及相關(guān)認(rèn)知功能評(píng)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(duì)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(shí)驗(yàn)。曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，注射AQP4-IgG組小鼠運(yùn)動(dòng)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(tái)所用時(shí)間更長(zhǎng)。團(tuán)隊(duì)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(duì)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(dòng)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(guò)抑制β-catenin信號(hào)通路抑制NSCs增殖和分化：通過(guò)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(shí)發(fā)現(xiàn)，敲降CRTH2受體能夠挽救CHI3L1對(duì)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(hào)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(hào)通路

?

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(shí)也證明了CHI3L1/CRTH2/β-catenin信號(hào)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(diǎn)。

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(shí)驗(yàn)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。