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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。

▎药明康德内容团队编辑  营养过剩和缺乏运动已经成为肥胖和糖尿病流行的关键原因，毋庸置疑，运动对身体有着诸多好处，比如帮助增加脂肪代谢，调节血糖水平。更重要的是，越来越多研究确认，运动在预防癌症和痴呆症方面有着明显效果，我们曾有多篇报道介绍过相关内容。相关阅读：多运动，预防痴呆症！最新研究证实，“运动激素”能清除有害蛋白，缓解阿尔茨海默病症状但与运动直接相关的是肌肉组织会发生什么？在《细胞-代谢》的论文中，来自德国的研究者发现运动除了可能增强肌肉、让肌肉群更加发达这种表面好处，还会深层激发肌肉中调节性T细胞（Treg）的活性，这一变化除了使肌肉更快生长，还会进一步给全身带来潜在好处。从研究分析的数据来看，这部分在肌肉中的Treg表现出了独特的T细胞受体和转录组。其中最值得关注的是，肌肉中的Treg会表达转录因子Fox3，这一分子对生长有着促进作用。此外，与在淋巴系统中的Treg不同，肌肉组织中的Treg在被激活后还会高度表达双调蛋白，该蛋白属于表皮生长因子家族，同样有助于组织生长。所有的一切，都在暗示Treg会帮助肌肉组织再生和修复。▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）为了验证这一推测，研究者选取了一批小鼠，将它们分为了对照静息组以及运动组，运动组的小鼠生活环境中拥有滚轮装置，但运动为自愿式，研究者不会强迫小鼠参与运动。根据观察，在适应了几天之后，运动组小鼠都有较高的活动水平，尤其是在夜间活跃时期。一段时间后，研究者分析了小鼠四肢肌肉中的基因表达，他们发现经常参与运动的小鼠，与肌肉生长相关的一些基因表达量有着显著上升，除了开始提到的双调蛋白，作者确认白介素6（IL-6）也会有所提升。▲运动可以激活肌肉组织中Treg活性（图片来源：参考资料[1]）IL-6作为一种免疫相关因子，通常在肥胖等代谢疾病下会促进炎症的发生，然而如果是运动条件下，肌肉组织中释放的IL-6却起着完全相反的作用，它们不会激活炎症相关通路，反而与细胞抗炎因子合作，降低了微环境中的炎症水平。如果破坏了小鼠IL-6受体，它们在运动后，肌肉就无法获得修复和再生的益处。除了肌肉本身的变化，在相同饲养条件下，参与滚轮运动的小鼠也拥有更健康的体重，内脏脂肪量呈现出不断减少的趋势。图片来源：123RF根据研究者的长期观察，小鼠在坚持跑步运动4周后，即使连续休息2周也基本能保持已获得的正面影响，直到休息4周之后才会回到运动前的基准水平。他们认为这是一种肌肉免疫记忆的表现，只要坚持运动，即使偶尔想休息一阵也能保留益处。相关阅读：运动真的防痴呆！研究发现练的是肌肉，受益的是大脑研究者指出，一些抗炎疗法会针对IL-6受体发挥作用，但使用者可能会产生肌无力的副作用，而根据新研究的发现，这一切就能解释得通了。他们认为未来可以针对Treg研发更多靶向的肥胖、肌肉受损疗法，也可以帮助平衡免疫与代谢之间的关系。参考资料：[1] Maike Becker et al, Regulatory T cells require IL6 receptor alpha signaling to control skeletal muscle function and regeneration, Cell Metabolism (2023). DOI: 10.1016/j.cmet.2023.08.010[2] Exercise and muscle regulation: Implications for diabetes and obesity. Retrieved September 26, 2023 from https://medicalxpress.com/news/2023-09-muscle-implications-diabetes-obesity.html本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。更多推荐点个“在看”再走吧~

蔡立慧教授团队的这项新研究为我们指明了在AD发生发展过程中，最早，或者说是更容易受神经变性和Aβ沉积影响一组神经元——LM神经元，并且找到了潜在的治疗药物。 随着阿尔茨海默病（AD）的进展，神经变性与β淀粉样蛋白（Aβ）斑块和错误折叠的tau蛋白积聚一起发生，这些蛋白在大脑中缠结，把大脑搞得一团糟，但神经变性的发生似乎并不是随机的，总有一些脑区的神经元特别容易发生神经变性和病理蛋白积累，找到这些神经元，或许就能像找到木桶的最短板一样，通过靶向性治疗，推迟认知能力的下降。 2019年时，麻省理工学院的蔡立慧教授团队发现，在下丘脑下侧，有一对儿被称为乳头体（MB）的结构，有最高密度的Aβ积累[1]，大家只知道这对儿小东西参与记忆相关过程，但对它们在正常记忆和AD中到底扮演了个什么角色并不清楚。 在最近的《科学·转化医学》杂志上，蔡立慧教授团队再次发表研究成果[2]，他们发现，外侧MB神经元是更容易发生神经退行性病变的神经元，随着衰老而异常活跃，导致记忆功能受损，在AD模式小鼠中，一种抗癫痫药物成功抑制了外侧MB神经元的异常活跃和退行性病变，并逆转了记忆功能障碍。 研究人员解剖了AD模式小鼠5xFAD小鼠的下丘脑，对7754个细胞进行了单细胞测序。他们发现，有两个神经元簇可以代表MB中两种不同的神经元类型，即内侧MB（MM，Rprm标记）和外侧MB（LM，Tac2标记）。 这两种神经元的基因表达谱包含了许多不一致的标记基因，神经元功能相关基因表达也不同，因此，它们可能具有不同的电生理特性，以及特定的代谢需求，总的来看，虽然同处小小的MB，但却是两种不同的神经元亚型。 接下来，研究人员更加具体地对MM和LM神经元的形态、投射目标和神经元活动模式进行了研究。 从形态上来说，LM神经元的胞体明显比MM要大（p=0.0016），这与研究人员观察到的，LM神经元的代谢活性和蛋白质合成基因表达相比MM显著增加相一致。从电生理特性上来说，MM神经元能够触发比LM更多的动作电位，自放电频率更高（~11Hz vs. ~0.2Hz），动作电位阈值更低、动作电位宽度更短。类似的，二者投射的脑区也不同。这些差异可以对LM和MM进行区分。 LM和MM的形态大小 两种方方面面都不同的神经元，想必，它们受到Aβ积累的影响也是不同的吧。在6月龄的5xFAD小鼠中，LM神经元密度降低，神经元核蛋白（NeuN）标志物也减少，而MM神经元则没有发生这些变化，这意味着，LM神经元可能比MM更易发生神经退行性变化。 野生型和5xFAD小鼠的LM神经元转录组对比显示，5xFAD LM神经元中基因表达增加主要集中在神经元死亡（包括神经元死亡正调节、神经元凋亡和细胞程序性死亡调节）和突触活动（包括突触传递调节，神经递质浓度和突触信号调节），这些变化在MM中同样没有发生，并且，LM神经元功能障碍是MB中所特有的，并不与其他脑区共享。 在两项有关衰老和痴呆的纵向队列的13例具有AD病理的参与者中，研究人员重复进行了MB神经元的鉴定，他们发现，AD患者中也存在LM神经元的退行性变化，与5xFAD小鼠类似。 进化上的保守性让LM神经元的变化有了进一步研究的必要性。研究人员发现，无论是AD患者还是5xFAD小鼠，LM神经元都增加了神经元放电，2月龄的5xFAD小鼠就开始出现自发动作电位频率增加，另一种AD小鼠模型tau P301S小鼠也有同样的现象，部分是因为LM神经元接收了更多的兴奋性突触输入。 LM神经元放电增加，MM神经元则没有这种现象 到了6月龄时，小鼠LM神经元的自发动作电位频率进一步增加，从2月龄时的~4Hz增加到~32Hz，这表明小鼠的LM神经元以年龄依赖性的方式表现出过度活跃且活跃程度逐渐提高。 LM神经元的过度活跃使得小鼠在Y迷宫实验中表现更差，恐惧记忆实验中僵直时间更短，表明记忆能力受损。 为了帮助小鼠恢复记忆能力，研究人员使用了一种抗癫痫药物左乙拉西坦对小鼠进行了治疗，这主要是由于AD患者和小鼠LM神经元中突触囊泡糖蛋白SV2A表达增加，而左乙拉西坦恰好可以与SV2A结合，部分抑制神经元活性，以治疗癫痫发作。 接受治疗后，小鼠的LM神经元自发动作电位频率果然有所下降，6月龄的5xFAD小鼠在Y迷宫和恐惧记忆实验中的表现基本恢复至同龄野生型小鼠水平，而且左乙拉西坦没有对MM神经元的放电活动产生影响。这意味着，LM神经元的过度活跃会导致记忆能力受损，而通过药物改变其活动可能是改善AD相关认知障碍的一种治疗策略。 总的来说，蔡立慧教授团队的这项新研究为我们指明了在AD发生发展过程中，最早，或者说是更容易受神经变性和Aβ沉积影响一组神经元——LM神经元，并且找到了潜在的治疗药物。目前，蔡教授团队正在进一步探索LM神经元与大脑其他部分的连接机制，以及它们存在哪些特性，使得自身成为了最易受影响的神经元。 参考文献： [1] Gail Canter R, Huang W C, Choi H, et al. 3D mapping reveals network-specific amyloid progression and subcortical susceptibility in mice[J]. Communications biology, 2019, 2(1): 360. [2] Huang W C, Peng Z, Murdock M H, et al. Lateral mammillary body neurons in mouse brain are disproportionately vulnerable in Alzheimer’s disease[J]. Science Translational Medicine, 2023, 15(692): eabq1019.