The Third Affiliated Hospital, Sun Yat-Sen University

该研究首次证明了CHI3L1为NMOSD患者和小鼠模型中成体神经发生缺陷及认知功能障碍的关键分子。抑制NMOSD模型小鼠中的星形胶质细胞分泌CHI3L1可以明显促进成体海马神经发生，并改善认知功能的缺 近日，中山大学附属第三医院脑病中心邱伟/汤常永团队在国际知名期刊Science Advances发表了题为“CHI3L1 signaling impairs hippocampal neurogenesis and cognitive function in autoimmune-mediated neuroinflammation”的研究论文。该研究发现NMOSD患者血液和脑脊液中CHI3L1的表达水平显著升高，并与认知功能障碍相关评分存在相关性。 团队通过NMOSD细胞和动物模型及多种实验方法证实了患者来源或者小鼠来源的AQP4-IgG能够明显地激活星形胶质细胞释放大量炎症因子（包括CHI3L1），并且显著抑制海马神经干细胞的增殖分化，进而造成海马相关认知功能障碍。在星形胶质细胞中特异性敲除CHI3L1，可明显改善NMOSD动物模型小鼠认知功能。同时发现，CHI3L1通过与神经干细胞上CRTH2受体结合的机制抑制β-catenin信号通路，进一步导致神经发生异常和认知功能障碍。 视神经脊髓炎谱系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders，NMOSD)是我国最常见的一种免疫介导的中枢神经系统炎性脱髓鞘疾病。NMOSD患者复发率及致残率高，90%以上的患者呈现反复发作病程，随着对NMOSD认识的加深，NMOSD患者的认知障碍逐渐引起关注。评估NMOSD的认知障碍及其损伤机制、影像学表现及相关治疗理论知识仍极其缺乏。因此，深入研究NMOSD认知功能损害发生的病理生理机制及寻找认知障碍标志物，这将有利于尽早采取有效措施延缓NMOSD认知功能的下降，为NMOSD早期诊断及治疗提供帮助。 AQP4-IgG刺激星形胶质细胞释放多种炎症因子：该研究首先利用RT-qPCR验证了AQP4抗体（AQP4-IgG）可以诱导星形胶质细胞增加CHI3L1的表达。通过免疫荧光染色，进一步阐明了AQP4抗体可激活星形胶质细胞CHI3L1的表达，并导致AQP4表达降低及内化。转录组测序分析发现，AQP4-IgG刺激星形胶质细胞分泌大量的炎症因子（包括CHI3L1）（图1）。 图1：AQP4-IgG可以激活星形胶质细胞分泌炎性因子及CHI3L1 CHI3L1水平与海马认知功能相关性分析: 该研究还对NMOSD患者血清、脑脊液及脑活检病理切片进行了分析，证实NMOSD患者中CHI3L1水平明显升高；通过对海马影像学及相关认知功能评分分析，发现NMOSD患者认知功能下降可能与海马体积改变有关，左、右海马体积与血清中CHI3L1含量成一定负相关；经CHI3L1蛋白刺激后，神经干细胞（NSCs）的增殖和分化被显著抑制；而预先在AQP4-IgG刺激后的星形胶质细胞的条件培养基中加入CHI3L1中和抗体去除CHI3L1，则能够明显改善神经干细胞增殖和分化（图2）。 图2：CHI3L1的表达水平及与海马认知功能的相关性分析 注射AQP4-IgG导致成体神经发生缺陷及认知功能障碍：团队利用脑立体定位注射技术向海马注射AQP4-IgG ，4周后进行相关行为学实验。旷场实验中，注射AQP4-IgG组小鼠运动总路程及中央区域跨越次数均减少；在莫里斯水迷宫(MWM)中，AQP4-IgG组小鼠穿越目标象限的次数减少，寻找到平台所用时间更长。团队进一步将这些小鼠脑冰冻切片进行免疫荧光染色，发现EdU+增殖细胞、EdU+GFAP+Sox2+ 神经干细胞和EdU+GFAP-Sox2+ 前体细胞、BrdU+DCX+未成熟神经元和BrdU+NeuN+成熟神经元的细胞数量均较对照组减少（图3）。 图3：NMOSD海马局部注射小鼠模型中神经发生及认知功能的影响 特异性敲除星形胶质细胞中CHI3L1，可改善NMOSD模型小鼠海马神经发生缺陷及认知功能障碍：本研究进一步应用Chil1flox/flox小鼠，特异性敲除星形胶质细胞中CHI3L1，能够挽救NMOSD动物模型的海马神经发生缺陷及认知功能障碍（图4）。 图4：特异性敲除星形胶质细胞中CHI3L1可改善NMOSD神经发生缺陷及认知功能障碍 CHI3L1/CRTH2通过抑制β-catenin信号通路抑制NSCs增殖和分化：通过免疫荧光共标记发现，仅CRTH2在神经干细胞中表达。并发现CHI3L1蛋白刺激NSCs可以明显抑制β-catenin的表达，而利用表达shRNA的慢病毒敲除NSCs中CRTH2后，β-catenin的表达得到了明显恢复；同时发现，敲降CRTH2受体能够挽救CHI3L1对神经干细胞增殖分化的抑制作用。因此，调控CHI3L1/CRTH2/β-catenin信号通路可以改善NMOSD小鼠模型中神经干细胞增殖分化缺陷（图5）。 图5：CHI3L1抑制海马神经发生的相关受体及下游信号通路 该研究首次证明了CHI3L1为NMOSD患者和小鼠模型中成体神经发生缺陷及认知功能障碍的关键分子。抑制NMOSD模型小鼠中的星形胶质细胞分泌CHI3L1可以明显促进成体海马神经发生，并改善认知功能的缺陷；同时也证明了CHI3L1/CRTH2/β-catenin信号通路在NMOSD成体神经发生相关认知功能障碍中的重要作用。该研究结果不仅深入阐明了NMOSD相关认知功能障碍的新机制，也为改善神经系统自身免疫炎性疾病认知功能障碍提出新的研究靶点。 中山大学附属第三医院姜维博士后、祝帆科研助理、徐辉明博士为共同第一作者，中山大学附属第三医院邱伟教授、汤常永副研究员和美国布朗大学Alvin Huang教授为共同通讯作者。该研究得到了中山大学附属第三医院实验医学部韩晓燕主任、丘秀生、梁淑珍、蔡程程、陈雪芳和胡宇等管理员的支持和帮助。

本研究中，中山大学附属第三医院陆正齐教授团队联合中山大学医学院从事炎症性疾病基础研究的赵文婧教授团队，以单基因遗传性脑小血管病为研究对象，揭示了肠道微生物通过脑肠轴诱发系统性炎症 近日，中山大学附属第三医院脑病中心陆正齐教授团队在国际权威期刊Microbiome发表题为“Gut microbes exacerbate systemic inflammation and behavior disorders in neurologic disease CADASIL”的研究论文。中山大学附属第三医院脑病中心神经内科陆正齐教授、中山大学医学院赵文婧教授、中山大学医学院牟相宇副教授为共同通讯作者，中山大学医学院刘胜博士后、中山大学附属第三医院脑病中心神经内科门雪娇主治医师、中山大学医学院郭杨博士为论文共同第一作者。 CADASIL全名为伴有皮质下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病(Cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy)，是由NOTCH3突变引起的最常见的单基因遗传性脑小血管病，发病率约为千分之三，临床早期主要是偏头痛和焦虑抑郁，中年之后表现为中风和血管性痴呆等，具有早发病、高致残率和高经济负担的特点。既往研究证实，CADASIL疾病的临床表型受遗传因素和其他因素的共同作用。然而，在世界范围内，目前该病尚无针对遗传病因的治疗。研究表明，炎症免疫机制在CADASIL的发生发展中发挥重要作用。因此，探究该病免疫相关的发病机制对疾病的治疗有着重要的临床意义。 肠道微生物，和人体的免疫系统密切联系，被认为是人体的第二基因组，参与了多种神经系统疾病的发生发展。目前只有一篇16S rRNA基因测序的研究发现了与CADASIL疾病相关的肠道菌群菌属。然而，相关肠道微生物菌种在CADASIL中的作用和功能尚未可知。基于此，本研究探究肠道微生物通过脑肠轴作用于CADASIL的机制。 研究首先对CADASIL患者及家属对照的粪便和血清样本进行多组学分析，多组学研究表明CADASIL患者的肠道微生物组成、功能及代谢较对照组发生了一些显著的改变（图1、2）。 图1：CADASIL患者肠道微生物的组成和功能发生了一些改变 图2：CADASIL患者的粪便和血清代谢物的差异 宏基因组的功能通路分析表明，γ-氨基丁酸（GABA）相关代谢通路在患者的肠道菌群中显著富集；血清代谢组和神经递质检测结果也表明，谷氨酸/γ-氨基丁酸（Glu/GABA）比例在患者中显著偏高。研究团队进一步分析了GABA相关代谢通路中的5个酶，发现GABA氨基转移酶的丰度在患者组中显著偏高，并且E. siraeum和M. elsdenii对该酶的丰度起到了重要的贡献作用，而这两种细菌都是患者里显著高于健康家属。以上发现提示E. siraeum和M. elsdenii可能通过调节Glu/GABA比例进而影响CADASIL的表型。 研究团队继续发现，CADASIL患者有五种血清炎症因子显著升高，它们与肠道菌群的毒力因子相关，其中IL-1β与毒力因子VFG002555正相关（图3）。基因组分析发现F. varium拥有与VFG002555高度同源的蛋白（>50%）。肠道细菌和炎症因子的关联分析也显示F. varium与IL-1β和IL-6正相关（图4）。 图3：CADASIL患者的血清炎症因子升高，且与肠道菌群的毒力因子相关。 图4：CADASIL患者肠道微生物与血清炎症因子的关系 为明确F. varium在CADASIL疾病中的作用，研究团队首先应用细胞模型研究患者来源的F. varium的可能促炎机制，发现F. varium诱导巨噬细胞中非典型Caspase 8炎症小体的激活（图5）。进一步在Notch3鼠模型中对该机制进行验证，靶向培养和机制研究提示患者来源的F. varium菌种引发Notch3突变小鼠巨噬细胞中caspase-8依赖的非典型炎症小体激活及行为障碍（图6）。 图5：应用细胞模型研究患者来源的F. varium的作用机制 图6：在小鼠模型中验证F. varium在CADASIL发病中的作用和功能 本研究中，中山大学附属第三医院陆正齐教授团队联合中山大学医学院从事炎症性疾病基础研究的赵文婧教授团队，以单基因遗传性脑小血管病为研究对象，揭示了肠道微生物通过脑肠轴诱发系统性炎症，从而促进CADASIL发生发展的机制，为未来从炎症免疫机制出发进一步提出切实有效的CADASIL治疗手段提供了理论基础。

近日，中山大学附属第三医院超声科任杰教授团队，联合中山大学生物医学工程学院刘杰教授团队，在生物医学工程著名期刊 近日，中山大学附属第三医院超声科任杰教授团队，联合中山大学生物医学工程学院刘杰教授团队，在生物医学工程著名期刊Bioactive Materials发表题为“Development and preclinical evaluation of multifunctional hydrogel for precise thermal protection during thermal ablation”的研究成果。中山大学附属第三医院超声科郑博文博士与中山大学生物医学工程学院张鹏博士为共同第一作者。 超声引导肿瘤热消融已经成为肿瘤治疗领域重要的微创治疗技术，然而如何保护周围正常的重要结构免受热损害是困扰这一技术的重大问题。课题组发挥医工交叉的优势，研发了一种透明质酸基胱氨酸二甲酯多功能水凝胶（hydrogel composed of hyaluronic acid grafted with dimethyl cysteine，HA-Dc水凝胶），其不仅具有良好的滞留性，还具有优越的热保护作用及生物相容性，在灵长类动物食蟹猴模型上的成功应用展示了其在临床转化的极大潜能。目前，该多功能HA-Dc水凝胶也在申报国家发明专利进程中。 超声引导下热消融治疗是一种肿瘤微创治疗技术，在临床应用广泛。但在热消融治疗过程中，如何避免对肿瘤周围组织结构造成热损伤是提高热消融技术安全性及疗效的核心。液体隔离带是临床应用最多的辅助热保护技术，通过在肿瘤与周围组织结构间注射液体将两者隔离，即可避免周围组织结构的热损伤。然而，目前临床常用的5%葡萄糖（5% Glu）与生理盐水，因流动性大需持续注射大量液体以维持足够的热保护作用，从而可能造成不必要的出血或危及生命的电解质紊乱。 随着生物材料的不断发展，发展具有良好的体内滞留性及热保护作用的生物材料成为学术热点。本研究研发的多功能HA-Dc水凝胶，在体内外均表现出良好的注射性、热稳定性，研究选择了对热损伤极为敏感的神经组织进行验证保护，结果显示，选择兔的坐骨神经、食蟹猴的坐骨神经、食蟹猴的喉返神经的邻近区域进行热消融，多功能HA-Dc水凝胶可起到良好的热隔离保护作用，使神经获得有效保护；同时，水凝胶采用生物安全性良好的材料制备，可通过注射VitC快速溶解消失，使得治疗过程中，可自由控制水凝胶的降解，保证生物安全性。这些特性使得多功能HA-Dc水凝胶在未来的临床应用中展现出良好的转化潜力，其可能不仅适用于大多数常规热消融治疗，甚至可能对某些毗邻重要结构的狭窄间隙肿瘤都能使用，从而拓宽消融治疗的适应症领域。 图：透明质酸基胱氨酸二甲酯水凝胶（hydrogel composed of hyaluronic acid grafted with dimethyl cysteine，HA-Dc水凝胶）的合成与临床前验证流程。上：HA-Dc水凝胶的合成与降解流程。中、下：在灵长类动物食蟹猴模型模拟临床甲状腺结节热消融治疗，比较临床常用5%葡萄糖（中）与HA-Dc水凝胶（下）在其中的热保护作用 超声引导下肿瘤热消融治疗是中山大学附属第三医院超声科的优势专业之一。任杰教授团队在甲状腺消融领域取得多个原创性成果，包括持续液体隔离带法、多点平行布针法、大体积结节单次完全消融策略等，使得甲状腺大体积结节消融疗效较国际报道提高近30%。中山大学生物医学工程学院刘杰教授团队在水凝胶、生物材料方面有深厚的积累，两个团队的紧密合作，为超声引导下肿瘤热消融治疗技术的进一步发展奠定了良好的基础。