CNSNT︱贵州中医药大学张进强团队合作揭示IFN-γ诱导小胶质细胞Priming的分子机制

学术 2024-10-21 00:00 上海

【神经科学前沿技术培训系列】详见文末

撰文︱贺慧

审阅︱张进强

责编︱王思珍

小胶质细胞作为中枢神经系统的常驻免疫细胞，负责免疫监视、细胞碎片及病原体的清理、突触修剪等，在维护神经环路完整和维持脑稳态方面发挥重要作用。适当的小胶质细胞激活对于病原体的清除和损伤修复是至关重要的。然而，过度的小胶质细胞激活，会造成持久的神经炎症和神经免疫毒性，这成为促进多种神经-精神疾病病理发展的重要因素之一。研究发现，在小胶质细胞被彻底激活之前，存在一种中间状态被称之为“priming”，与正常的小胶质细胞相比，这种priming状态下的小胶质细胞对免疫刺激更为敏感，导致其在受到正常刺激时也会做出过度的免疫反应。干扰素（IFN）γ就是一种能够诱导小胶质细胞priming的细胞因子，其能够增强小胶质细胞对其他刺激条件的反应性。然而，IFN-γ如何驱动小胶质细胞priming的机制并不清楚。

近日，贵州中医药大学张进强实验室合作在CNS Neuroscience & Therapeutics杂志上发表了题为“Microglial priming by IFN-γ involves STAT1-mediated activation of the NLRP3 inflammasome”的研究论文，该文揭示了IFN-γ通过STAT1介导NLRP3炎性小体激活，诱导小胶质细胞priming参与中枢疾病的发生发展。初步揭示了IFN-γ诱导小胶质细胞priming分子机制，为治疗小胶质细胞相关的精神疾病的提供潜在的治疗靶点和新策略。（拓展阅读：张进强课题组往期进展，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：BBI︱电子科大游自立/贵中医张进强团队合作揭示肠道菌群调控应激易感性的神经免疫机制；J Neuroinflammation︱张进强课题组揭示中药成分川续断皂苷VI调控小胶质细胞表型缓解抑郁症的机制）

在这项研究中，研究者团队首先使用IFN-γ处理原代小胶质细胞和直接在大脑中注射IFN-γ的方式，探究IFN-γ诱导的小胶质细胞的形态及转录普特征。发现IFN-γ在小胶质细胞中上调的差异表达基因与对IFN-γ的反应、氧化物生物合成的调节、细胞因子产生的调节、STAT级联反应、IL-1β或IL-18的分泌以及小胶质细胞的激活相关（图1）。

图1. IFN-γ促进原代小胶质细胞NLRP3炎性小体激活和炎症水平

研究团队通过分子生物学分析、免疫细胞化学对IFN-γ及IFN-γ+LPS处理的小胶质细胞进行分析，发现IFN-γ显著提高了小胶质细胞对脂多糖（LPS）的免疫反应，并夸大了小胶质细胞对神经干细胞的免疫毒性。形态学分析结果显示，IFN-γ处理的小胶质细胞具有圆形胞体和更多的丝状伪足，呈现出典型刺猬样的priming形态。相比之下，LPS诱导的小胶质细胞呈现阿米巴样形态具有板状伪足。IFN-γ和LPS的共同处理导致了细胞呈现出焦亡形态。IFN-γ+LPS小胶质细胞吞噬的微珠数量显著高于IFN-γ或LPS单独处理组。IFN-γ或LPS单独处理均能够上调NLRP3、caspase-1、GSDMD、IL-1β、IL-18、TNF-α和iNOS的表达，而IFN-γ+LPS组合处理，无论是在mRNA，还是蛋白质水平都更为显著。以上结果表明IFN-γ通过促进NLRP3炎性小体的激活来提升小胶质细胞对LPS的响应（图2）。

图2. IFN-γ促进了小胶质细胞NLRP3的转录激活并提升对LPS的响应

在IFN-γ处理的原代小胶质细胞的差异基因特征表达谱分析中，研究团队发现转录因子STAT1是IFN-γ作用的潜在驱动因素。他们使用STAT1抑制剂（氟达拉滨）对小胶质细胞进行预处理，发现IFN-γ诱导的小胶质细胞priming被STAT1抑制剂所阻断，炎症小体激活相关分子（NLRP3、caspase-1、GSDMD、IL-1β、IL-18）的表达被抑制，IFN-γ处理的小胶质细胞对LPS反应性也被同步降低。以上结果表明IFNγ诱导小胶质细胞priming依赖于STAT1介导的NLRP3炎性小体激活（图3）。

图3. 阻断STAT1信号抑制了IFNγ处理的小胶质细胞对LPS的响应

为了进一步证实IFN-γ诱导小胶质细胞Priming状态部分依赖于STAT1信号，研究者采用脑立体定位注射方式将IFN-γ或/和LPS同注射进入小鼠脑室，并使用STAT1抑制剂处理。发现STAT1信号的抑制能够显著拮抗IFN-γ诱导的海马小胶质细胞priming，下调炎症小体激活相关分子的表达水平，海马小胶质细胞对LPS的反应性也同步被抑制。此外，研究人员还发现IFN-γ诱导的小胶质细胞被LPS刺激后，能够显著增加神经元的凋亡。STAT1信号的抑制部分逆转了这一现象。同时氟达拉滨治疗能够显著改善IFN-γ+LPS小鼠的焦虑样行为、抑郁样行为和认知功能（图4）。

图4. 阻断STAT1信号传导部分消除IFN-γ诱导的海马神经元和行为损伤

文章结论与讨论，启发与展望

虽然现有研究已经对小胶质细胞激活对神经精神疾病的发展进行了深入探索，但其不同程度激活状态对疾病的作用机制并不清楚，特别是小胶质细胞priming状态在疾病当中的作用。该研究首次揭示了IFN-γ诱导的小胶质细胞增强免疫反应的作用机制。该研究通过单一和混合的细胞培养系统以及小鼠在体实验，揭示了IFN-γ通过激活STAT1增强NLRP3炎性小体激活相关基因的表达，从而夸大小胶质细胞对炎症刺激的反应性。因此，靶向IFN-γ和STAT1可能是治疗涉及小胶质细胞相关神经退行性疾病以及精神疾病的一种有效策略。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/cns.70061

作者简介：贵州中医药大学何海丽和电子科技大学硕士研究生张小梅为论文共同第一作者，张进强副教授为论文共同通讯作者。

通讯作者：张进强副教授（左）；论文一作：张小梅（右）

（照片由实验室提供）

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本文完

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