Cell | 外周免疫因子B2M损害大脑突触功能

文摘   其他   2023-05-10 15:20   浙江  

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Cell | 外周免疫因子B2M损害大脑突触功能



        唐氏综合征(DS)又称为先天愚型、21三体综合征,是迄今为止最常见的染色体病,也是最常见的导致轻度至中度智力障碍的遗传性疾病,往往还伴随着早发阿尔兹海默症(AD)[1]。我国有60多万的唐氏综合征患者,平均每20分钟就有1例患儿出生,即每年将出生26000例左右的唐氏患者。突触功能障碍是DS一大重要病理特征。除此之外,DS还会有一系列的免疫相关症状,包括自身免疫性疾病的发生,易感染、炎症反应强,恶性肿瘤发生增加[2,3]。外周免疫系统紊乱也会导致大脑功能异常,然而其具体的分子机制尚不明确。

       近年来,外周系统对中枢神经的影响也越来越受到科学家的关注。早期研究发现,老年小鼠和年轻小鼠之间的共生系统下,年轻小鼠出现老龄化表现,在其血液中与老化相关的趋化因子表达水平升高,进而损伤了年轻小鼠的记忆功能[4]


       

        那么,外周免疫系统如何影响中枢神经的功能?2023年3月,来自厦门大学医学院的王鑫教授团队在Cell发表了题目为β2-microglobulin functions as an endogenous NMDAR antagonist to impair synaptic function的文章,他们发现在DS患者血液中免疫因子β2-microglobulin(B2M)过度累积,其作为一种内源性的NMDAR拮抗剂,损害大脑的突触功能[5]

       B2M是细胞表面人类淋巴细胞抗原(HLA)的β链部分,主要由淋巴细胞、血小板、多形核白细胞产生。临床上血清中B2M丰度是肾功能检测、感染以及某些恶性肿瘤早期诊断的可靠指标




血液中升高的B2M损害大脑的认知功能


图1:B2M在DS血清中明显升高

        首先,研究者发现在WT和DS小鼠共生模型下,WT小鼠的突触功能明显受损,提示了循环系统中的某些因子影响了小鼠的突触功能。接着对血清样本的蛋白质谱分析发现,B2M是DS患者免疫因子网络的核心。进一步,该研究在DS患者的血清和大脑中均发现B2M明显升高,在不同的DS小鼠模型中也发现是一致的。并且,通过静脉注射DS患者的血清可显著降低小鼠的认知能力和突触功能。这些结果都提示了外周血中的B2M会影响中枢系统的突触功能,进而影响整体的认知能力(图1)。




DS小鼠模型中降低外周的B2M能够
恢复小鼠的认知障碍

图2:降低B2M水平改善DS小鼠的认知能力

      为了解析是否B2M与DS小鼠认知障碍相关,研究者用了遗传学手段全身敲除B2M,以及用抗体中和血清中的B2M,均发现小鼠的认知障碍明显改善(图2)。




B2M能够通过血脑屏障并抑制NMDAR的功能

图3:B2M能通过血脑屏障与NMDA受体GluN1直接结合并抑制其功能

       研究者通过FITC标记的B2M证实了循环系统中的B2M可通过血脑屏障。在哺乳动物的大脑中,谷氨酸是兴奋性跨突触刺激和转导所需的主要神经递质。谷氨酸由突触前末梢释放,作用于突触后离子型AMPA受体(AMPARs)和NMDA受体(NMDARs),从而将突触前信号传递给突触后神经元。因此,作者进一步发现,B2M主要是作为NMDAR的拮抗剂在大脑中发挥功能,并且能直接与NMDAR相互结合,作用于GluN1-P2区段发挥作用(图3)。不仅如此,在多种认知损伤相关疾病状中,均有B2M水平显著增加,如阿尔茨海默病和感染等,本研究发现的B2M作用模式可能是多种认知障碍疾病的共有病理机制。




图4:B2M在21三体综合征中影响认知功能的工作模型

        总之,本研究揭示了在DS和相关认知障碍疾病中,B2M作为一种内源性NMDAR拮抗剂抑制其功能,进而导致认知障碍相关生理病理功能改变,为干预认知障碍疾病提供了新的治疗思路和潜在药物靶点(图4)。


        该研究发现B2M在神经系统中的非经典功能,同时也引起了一些新的思考。该研究首次报道B2M能够通过血脑屏障,那么外周系统中的B2M是如何通过血脑屏障的尚未可知。此外,中枢神经系统中小胶质细胞和内皮细胞也能够表达B2M,那么脑内原位的B2M扮演了怎样的角色?经典的MHC-I/B2M 复合体在大脑中是否参与DS和认知障碍相关疾病的发生发展过程?研究中发现的GluN1-P2区段结合B2M的作用是否能在外周神经系统中发挥类似的功能?
     

      本推文作者为浙大邵逸夫神经再生转化中心助理研究员,旨在总结学习,分享交流,如有错误与不到之处,欢迎联系我们批评指正。因篇幅有限,细节部分内容请详见原文以及参考文献。

 

       参考文献

[1] Bull MJ. Down Syndrome. N Engl J Med. 2020 Jun 11;382(24):2344-2352. doi: 10.1056/NEJMra1706537. PMID: 32521135.

[2] Citri A, Malenka RC. Synaptic plasticity: multiple forms, functions, and mechanisms. Neuropsychopharmacology. 2008

[3] Dieudonné Y, Uring-Lambert B, Jeljeli MM, Gies V, Alembik Y, Korganow AS, Guffroy A. Immune Defect in Adults With Down Syndrome: Insights Into a Complex Issue. Front Immunol. 2020 May 8;11:840. doi: 10.3389/fimmu.2020.00840. PMID: 32457756; PMCID: PMC7225335.

[4] Villeda SA, Luo J, Mosher KI, Zou B, Britschgi M, Bieri G, Stan TM, Fainberg N, Ding Z, Eggel A, Lucin KM, Czirr E, Park JS, Couillard-Després S, Aigner L, Li G, Peskind ER, Kaye JA, Quinn JF, Galasko DR, Xie XS, Rando TA, Wyss-Coray T. The ageing systemic milieu negatively regulates neurogenesis and cognitive function. Nature. 2011 Aug 31;477(7362):90-4. doi: 10.1038/nature10357. PMID: 21886162; PMCID: PMC3170097.

[5] Gao Y, Hong Y, Huang L, Zheng S, Zhang H, Wang S, Yao Y, Zhao Y, Zhu L, Xu Q, Chai X, Zeng Y, Zeng Y, Zheng L, Zhou Y, Luo H, Zhang X, Zhang H, Zhou Y, Fu G, Sun H, Huang TY, Zheng Q, Xu H, Wang X. β2-microglobulin functions as an endogenous NMDAR antagonist to impair synaptic function. Cell. 2023 Mar 2;186(5):1026-1038.e20. doi: 10.1016/j.cell.2023.01.021. PMID: 36868208.








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