前沿文献解读 | 当小胶质细胞、MicroRNA与胶质瘢痕一起出现

今天要跟大家分享一篇关于M2型小胶质细胞外小泡（M2 microglial small extracellular vesicles，M2-sEVs）以及胶质瘢痕（glial scar）的研究。

先看图：

▲电镜下M2-sEVs.的形态

▲这是GFAP染色后，共聚焦显微镜下，不同处理措施（PBS、M2-sEV）下脑组织梗死区胶质瘢痕（glial scar）的形态。C：梗死中心区域；GS：胶质瘢痕区域；P：梗塞坏死灶周围区域。

再说结果：

▲ 甲苯基紫染色呈现不同处理措施下，脑组织萎缩体积的变化情况

（Sham：假手术组；PBS：脑梗死后通过尾静脉注射PBS；M2-sEV：脑梗死后通过尾静脉注射M2型小胶质细胞外小泡；miR-124-kd:通过基因敲除miR-124的脑梗死动物组）

▲ 组织梗死或存活比例情况及神经行为评分情况（mNSS）

▲ 动物转棒实验及右转实验情况

经过系列实验得出结论，也是本文的标题：《M2 microglial small extracellular vesicles reduce glial scar formation via the miR-124/STAT3 pathway after ischemic stroke in mice》即，M2小胶质细胞外小泡通过miR-124/STAT3途径减少小鼠缺血性卒中后胶质瘢痕形成。

实验研究方法，是通过阻断ICR小鼠大脑中动脉后连续7天，每天通过尾静脉注射M2小胶质细胞外小泡，来检测缺血后脑组织胶质瘢痕、梗死体积、神经功能评分情况的研究。

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值得注意的是，本篇文章是2021年1月1日发表在Theranostics，这是个对于交叉学科研究很友好的杂志，该杂志2021年影响因子高达11.556！这篇研究的成果来自于上海交通大学生物医学工程学院的科研团队。

如果你对本文的研究思路感兴趣

如果你也在研究不同类型小胶质细胞的功能

或对动物手术造模操作、miR-124/STAT3 pathway感兴趣的话

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10月28日，本科研成果团队的作者之一，上海交通大学MED-X研究院科研副院长杨国源教授将做客瑞沃德大成学堂卒中基础研究系列讲座。

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文献精读第37期

阿尔茨海默病（Alzheimer’sdisease, AD）是一种最为常见的神经退行性疾病，患者表现为进行性的记忆和认知功能丧失。随着全/球人口老龄化的日益加剧，AD患者数量不断增加，但是到目前为止，临床上仍然缺乏能够有效治疗AD的药物或手段。越来越多的证据表明，AD具有代谢性疾病的多种特征。例如，AD患者伴有大脑糖代谢障碍，并且它的发生先于患者认知功能障碍几十年。然而，糖代谢异常在AD发病过程中的作用机制目前仍知之甚少。

2022年10月6日，厦门大学医学院神经科学研究所张杰教授团队在Nature Metabolism杂志上发表题为“Microglial hexokinase 2 deficiency increases ATP generation through lipid metabolism leading toβ-amyloid clearance”的研究论文。文章证实，己糖激酶2（Hexokinase2, HK2）通过调节小胶质细胞的能量代谢，在小胶质细胞清除病理性的Aβ聚合物和斑块沉积的过程中发挥了重要作用，提示HK2可能是AD治疗的一个关键作用靶点。厦门大学医学院神经科学研究所张杰教授为本论文的通讯作者，冷历歌副教授为本论文的第/一作者及共同通讯作者。

在AD中，小胶质细胞通过消耗三磷酸腺苷（ATP）来清除具有神经毒性的Aβ蛋白低聚物和斑块沉积，这个过程需要大量的ATP。己糖激酶（HK）是葡萄糖代谢途径中的第一个关键酶，能够将葡萄糖转化为葡萄糖-6-磷酸（Glucose-6-Phosphate, G-6-P），促进ATP的产生。HK包含四种亚型（HK1-4），其中HK2是胰岛素敏感组织（如心脏、骨骼肌、脂肪和大脑）中主要的亚型。然而，HK2对AD中小胶质细胞功能的作用尚不清楚。

在该研究中，作者首先检测了在哺乳动物大脑中存在的HK1-3的表达情况，发现HK2在AD患者和AD小鼠模型（5xFAD小鼠）的小胶质细胞中表达特异性增高。随后，作者构建了小胶质细胞HK2特异性敲除的小鼠，并与5xFAD小鼠杂交（CcKO-5xFAD），以观察小胶质细胞中HK2缺失对AD的影响。小胶质细胞中HK2缺失可以减少Aβ斑块，并拯救5xFAD小鼠的认知功能障碍。此外，作者进一步利用抑/制剂来抑/制HK2活性，包括氯尼达明和3-溴/丙/酮酸，其中，氯尼达明已用于临床上多种肿瘤的治/疗。通过抑/制HK2激酶活性，作者同样观察到5xFAD小鼠大脑中Aβ斑块减少，以及小鼠的认知缺陷减轻。

图1.小胶质细胞中HK2缺失能够减少Aβ斑块，并拯救5xFAD小鼠的认知功能障碍

小胶质细胞在斑块周围聚集被认为是吞噬清除病理性Aβ斑块沉积的一个关键过程。作者进一步的实验表明，抑制或敲除HK2能够促进小胶质细胞的迁移和吞噬能力，这种迁移和吞噬的过程都需要消耗能量。令人惊讶的是，药物抑制或基因缺失HK2会降低神经元或星形胶质细胞中ATP的产生，但是可以显著增加小胶质细胞中ATP的形成。这可能与大脑小胶质细胞独特的代谢模式有关，抑制HK2信号导致小胶质细胞内脂蛋白脂肪酶（Lipoprotein Lipase, LPL）表达上调，从而触发脂肪酸代谢，迅速提升胞内的ATP水平。最后，作者发现，HK2的两种下游代谢物G-6-P和果糖-6-磷酸（Fructose-6-Phosphate, F-6-P）通过磷酸戊糖途径调节NADPH水平，能够逆转HK2缺乏引起的LPL的升高。

总之，该研究证明了HK2是AD发病过程中糖酵解改变和脂质代谢之间的关键环节。在HK2抑制或缺乏时，小胶质细胞中的ATP水平显著升高，但神经元或星形胶质细胞中并没有。这一发现首次证实，葡萄糖的低代谢可以增加小胶质细胞中ATP的生成。此外，抑制小胶质细胞HK2可有效促进AD小鼠Aβ斑块的吞噬，减轻认知障碍。这些结果表明，以HK2为靶点的基因或药物干预可能是AD治疗的一种新策略。

论文原文链接：

https://doi.org/10.1038/s42255-022-00643-4

团队PI简介

张杰，教授、博导，国家杰出青年科学基金、国家优秀青年科学基金、教育部新世纪优秀人才等获得者。长期从事重大脑疾病比如老年痴呆（AD）、抑郁症等的致病机理和药物开发研究。至今以第一作者或通讯作者发表论文30余篇。近5年张杰教授以通讯作者在国际知名学术期刊（Nature Neuroscience, Neuron, Biological Psychiatry, Cell Reports, PNAS, JNS, JBC，Clinical Cancer Research等）发表多篇论文。热忱欢迎优秀博士后加盟，同时欢迎优秀学子报考厦门大学医学院张杰教授课题组研究生。联系方式：jiezhang@xmu.edu.cn

文献精读第41期

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是老年人常见的神经系统变性疾病，患者会出现日渐加重的认知障碍，严重影响了生活质量。AD的病理特征主要包括存在于细胞外的淀粉样蛋白-β(Amyloid-β, Aβ)斑块，以及神经元内tau蛋白过度磷酸化形成的神经原纤维缠结。小胶质细胞是定植于神经系统的固有免疫细胞，它可以通过物理或化学的手段来感知局部微环境的动态变化，来清除微环境中的损伤因子，从而对神经元起到保护作用。在AD中，小胶质细胞能够识别并吞噬病理性的Aβ聚合物和斑块沉积，因此对AD的靶点寻找和疾病治疗和具有重要价值。然而对于小胶质细胞是如何来感知并识别Aβ斑块的作用机制，目前的研究尚未完全阐明。

2022年11月10日，厦门大学生命科学学院莫玮教授团队在Neuron杂志上发表了题为“Microglial Piezo1 senses Aβ fibrils stiffness to restrict Alzheimer’s disease”的研究论文。该研究证实，小胶质细胞对不溶性Aβ纤维硬度的感知依赖于机械力受体Piezo1。在AD小鼠模型中，Piezo1缺失导致小鼠的Aβ病理和神经退行性病变的加剧。相反，通过药理学手段来激活Piezo1能够显著改善AD相关病理变化。该研究结果表明，小胶质细胞中的Piezo1可能是一个有前景的AD治疗靶点。

鉴于Aβ斑块的多种化学成分，之前的研究工作主要集中在小胶质细胞如何通过化学信号来感知Aβ斑块。最近的研究表明，小胶质细胞能够对机械力的变化做出反应，并优先迁移到更坚硬的基质上，而小胶质细胞对Aβ斑块硬度响应的机械感知尚不清楚。Piezo家族是哺乳动物细胞中的机械敏感性阳离子通道蛋白。作为机械力受体，Piezo可通过感受细胞膜机械力的变化，包括剪切应力、硬度和周期性压力等，并将机械信号转化为电信号或化学信号。

为了确定Aβ斑块在物理特性上的改变，文章作者利用原子力显微镜对在体标记的Aβ斑块进行了检测。结果表明，在鲜活脑片中，Aβ斑块组织的硬度显著高于非Aβ斑块组织。作者进一步分析发现，相对其他机械通道蛋白，Piezo1在小胶质细胞中的表达最高。并且在体外原代培养小胶质细胞中，小胶质细胞中Piezo1的表达受到不溶性Aβ纤维硬度刺激而增高。最后，作者通过钙成像和电生理实验证实了小胶质细胞对纤维化Aβ硬度的感知依赖于Piezo1。此外，作者通过对AD小鼠模型和临床尸检样本进行了检测，观察到Aβ斑块附近的小胶质细胞中Piezo1的表达显著上调。

图1.5×FAD小鼠与AD患者脑组织中小胶质细胞Piezo1的表达升高

为了进一步确定小胶质细胞中的Piezo1在Aβ病理中的作用，作者对小胶质细胞中的Piezo1进行了敲除。Piezo1缺失加重了5×FAD小鼠（AD小鼠模型）的Aβ斑块负担、突触丢失以及认知损害，而且还会损害小胶质细胞的吞噬活性，减少小胶质细胞向Aβ斑块的聚集，导致斑块被包裹的程度减少，斑块更加松散。与之相反，在5×FAD小鼠中，作者在利用激动剂激活Piezo1后，小胶质细胞在Aβ斑块周围的聚集以及对Aβ斑块的吞噬显著增加，并且小鼠的认知功能也得到明显改善。然而，当小胶质细胞中的Piezo1被敲除后，给予Piezo1激动剂不再具有改善Aβ相关病理的作用。这些结果表明，Piezo1介导的小胶质细胞激活对于抑/制Aβ相关病理以及认知功能改善至关重要。

图2.小胶质细胞Piezo1激活能够显著改善5×FAD小鼠的Aβ斑块负担和认知能力

综上，小胶质细胞可通过机械感觉离子通道Piezo1来感知Aβ纤维硬度，调节小胶质细胞对Aβ斑块的反应，从而阻止Aβ病理的扩散，凸显了小胶质细胞机械生物学在AD病理中的保护作用。此外，激活小胶质细胞中的Piezo1减轻了AD相关病理，进一步提高了调节Piezo1活性在AD治疗中的价值。从机械转导途径揭示小胶质细胞Piezo1在AD病理中的作用，将进一步拓展我们对AD发病机制的理解。

研究方法亮点

这项工作揭示了小胶质细胞通过机械力受体Piezo1感知纤维化Aβ硬度的作用机制。研究用到了脑立体定位注射、膜片钳记录、原代细胞培养、免疫组化以及细胞分子检测等实验技术。瑞沃德深耕生命科学研究领域20年，一直致力于为客户提供可信赖的解决方案和服务。在该研究中，研究人员采用了瑞沃德公司生产的脑立体定位注射系统，为实验的顺利开展提供了支持。此外，瑞沃德还可提供的该研究所涉及的电生理记录、原代细胞培养、免疫组化以及细胞分子检测等实验的完整解决方案。截至目前，瑞沃德产品及服务覆盖海内外100多个国家和地区，客户涵盖全/球700+医院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全/球科研人员发表SCI文章14500+，获得行业广泛认可。

论文原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.10.021