隨著老齡化人口的增多,神經退行性疾病,例如阿爾茨海默病(AD),已經成為世界上最重大的公共健康問題之一。
神經退行性疾病通常是由于中樞神經系統(tǒng)中神經毒性物質的累積所導致的,包括β淀粉樣蛋白(Aβ)和髓鞘碎片等,這些神經毒性物質的累積會促進神經元的損傷和死亡,從而導致認知衰退、運動缺陷、精神障礙等癥狀。
小膠質細胞是中樞神經系統(tǒng)中的吞噬細胞,負責清除這些神經毒性物質,從而保護神經元,但是,人們對于調控小膠質細胞神經保護功能的關鍵分子仍然知之甚少。
近日,由美國弗吉尼亞大學的John R. Lukens領銜的研究團隊,在國際頂級雜志《細胞》發(fā)表關于神經退行性疾病的最新研究成果[1]。
他們發(fā)現小膠質細胞中的脾酪氨酸激酶(SYK)對于其清除Aβ至關重要,在小膠質細胞中敲除SYK會加劇Aβ沉積、AD相關的神經病理以及認知缺陷,而激活SYK可以抑制Aβ累積。
他們還發(fā)現,SYK也調節(jié)小膠質細胞吞噬髓鞘碎片,影響多發(fā)性硬化癥。
總的來說,這項研究揭示了SYK是小膠質細胞在神經退行性疾病中發(fā)揮神經保護功能的關鍵分子,未來有望通過靶向SYK來增強小膠質細胞活性,開發(fā)神經退行性疾病的新療法。
文章首頁截圖
SYK被人們熟知的功能是在適應性免疫受體信號轉導中的功能[2],但是除此之外,SYK也有許多其他的生物學功能,例如它也是小膠質細胞表面受體TREM2、CD33和CD22下游信號通路的核心激酶[3–5]。
2017年的一項研究發(fā)現,在包圍Aβ等神經毒性物質的小膠質細胞中,SYK會被激活[6],這一發(fā)現激發(fā)了研究人員的興趣。
為了研究SYK在小膠質細胞中的功能,Lukens團隊首先構建了小膠質細胞SYK誘導性敲除的小鼠Sykfl/flCx3cr1ERT2Cre(下文簡稱為SykΔMG),然后他們將AD模式小鼠(5xFAD)與SykΔMG小鼠雜交,得到5xFAD SykΔMG小鼠。
在小鼠斷奶之后,他們用含有他莫西芬的食物喂養(yǎng)小鼠兩周,誘導Syk敲除,隨后恢復正常飲食,使得外周組織中表達Cx3cr1的免疫細胞可以恢復Syk表達,而長壽的小膠質細胞仍然是Syk敲除的細胞。
他們在5xFAD SykΔMG小鼠5個月時檢測它們大腦中的Aβ水平,結果發(fā)現在小膠質細胞中敲除Syk之后,大腦中Aβ累積顯著增加,并且Aβ更偏向于絲狀,緊實程度下降。
小膠質細胞可以幫助將可溶性Aβ壓縮成惰性不溶性纖維,最終形成緊實的斑塊。為了檢測小膠質細胞SYK對于可溶性和不溶性Aβ的影響,他們利用酶聯免疫吸附試驗(ELISA)和其他多種方法將Aβ根據溶解度分離,發(fā)現敲除了SYK之后,可溶性Aβ水平升高,而不溶性Aβ水平下降,說明小膠質細胞壓縮Aβ能力降低。
小膠質細胞中敲除SYK促進AD小鼠大腦中Aβ累積
那么小膠質細胞中的SYK是否會影響神經元健康呢?
于是Lukens團隊進行了進一步檢測,發(fā)現敲除小膠質細胞中的SYK之后,在5個月大的5xFAD SykΔMG小鼠大腦中,Aβ斑塊附近的營養(yǎng)不良神經突比例顯著增加,下丘腦中神經元死亡數目增加,因此,小膠質細胞中的SYK活性對于維持神經元健康至關重要。
為了進一步研究小膠質細胞SYK活性對于大腦功能的影響,他們對4個月大的5xFAD和5xFAD SykΔMG小鼠進行了莫里斯水迷宮實驗,以評估其空間學習記憶能力,發(fā)現敲除小膠質細胞SYK之后,小鼠空間學習記憶能力顯著下降。
考慮到有些AD患者會出現更多的冒險行為,于是他們進行了高架十字迷宮實驗,來評估小鼠的冒險探索行為,發(fā)現敲除小膠質細胞SYK之后,小鼠的冒險探索行為顯著增加。
小膠質細胞SYK影響AD小鼠的學習記憶和冒險行為
那么SYK是如何影響小膠質細胞的呢?
接下來,Lukens團隊首先檢測了5xFAD和5xFAD SykΔMG小鼠大腦皮層和下丘腦中小膠質細胞的數目,發(fā)現5xFAD SykΔMG小鼠大腦皮層和下丘腦中小膠質細胞數目較少,包圍Aβ斑塊的小膠質細胞也更少。
有趣的是,小膠質細胞數目減少這一現象只在5xFAD SykΔMG小鼠中看到,在野生型背景下的SykΔMG小鼠中并沒有這一表型,提示小膠質細胞數目的減少可能是Aβ介導的。
接下來他們檢測了小膠質細胞的增殖情況,發(fā)現在5xFAD SykΔMG小鼠中小膠質細胞增殖水平下降。
敲除SYK抑制小膠質細胞增殖
由于Aβ會導致小膠質細胞激活,因此Lukens團隊進一步檢測了SYK是否會影響Aβ激活小膠質細胞。
我們都知道,靜息態(tài)的小膠質細胞通常具有很多分支,而激活的小膠質細胞的分支減少,呈變形蟲樣形態(tài)。而Lukens團隊發(fā)現,5xFAD SykΔMG小鼠大腦皮層和下丘腦中,小膠質細胞的分支更多,說明敲除SYK抑制了Aβ誘導的小膠質細胞激活。
敲除SYK抑制小膠質細胞激活
此外,在神經退行性疾病中,小膠質細胞會上調一系列轉錄程序,轉變成為疾病相關小膠質細胞(DAM),Lukens團隊進行了RNA測序,結果顯示,5xFAD SykΔMG小鼠的小膠質細胞中,與DAM相關的許多基因都顯著下調,說明敲除SYK會抑制小膠質細胞轉變成DAM。
之前的研究表明,PI3K/AKT信號通路調控小膠質細胞向DAM的轉變,于是他們又檢測了PI3K/AKT信號通路的18個支路中蛋白的磷酸化水平,發(fā)現其中的一條支路,GSK3β和AKT的磷酸化水平在SYK敲除后顯著下降,而GSK3β是一個與家族性AD相關的風險基因,因此SYK可能調控GSK3β影響AD病理進程。 既然SYK影響小膠質細胞向DAM轉變和Aβ的累積程度,那么SYK是否直接影響小膠質細胞的吞噬作用呢?
為了回答上述問題,他們檢測了小膠質細胞吞噬Aβ的能力,發(fā)現敲除SYK后,小膠質細胞攝取和吞噬Aβ能力降低,而外源激活SYK信號通路可以促進吞噬Aβ,因此,小膠質細胞的吞噬能力受SYK調控。
敲除SYK抑制小膠質細胞吞噬Aβ
此外,他們也探究了小膠質細胞SYK在另一種神經退行性疾病,多發(fā)性硬化癥(MS)中的作用,發(fā)現在MS模式小鼠中,SYK敲除也會降低小膠質細胞吞噬能力,抑制小膠質細胞向DAM轉變,并促進損傷髓鞘碎片的累積。
總的來說,這項研究發(fā)現,在神經退行性疾病AD和MS中,SYK是小膠質細胞行使神經保護功能的關鍵分子,敲除小膠質細胞中的SYK會促進神經毒性物質累積,加劇認知功能衰退。
這項研究為治療AD和MS提供了一個新的思路和靶點,希望未來通過開發(fā)靶向小膠質細胞中的SYK信號通路的療法,可以幫助到飽受神經退行性疾病折磨的患者。 參考文獻: 1.Ennerfelt H, Frost EL, Shapiro DA, et al. Article SYK coordinates neuroprotective microglial responses in neurodegenerative disease Article SYK coordinates neuroprotective microglial responses in neurodegenerative disease. Cell. Published online 2022:1-18. doi:10.1016/j.cell.2022.09.030 2.Mócsai A, Ruland J, Tybulewicz VLJ. The SYK tyrosine kinase: a crucial player in diverse biological functions. Nat Rev Immunol. 2010;10(6):387-402. doi:10.1038/nri2765 3.Clark EA, Giltiay N V. CD22: A Regulator of Innate and Adaptive B Cell Responses and Autoimmunity. Front Immunol. 2018;9:2235. doi:10.3389/fimmu.2018.02235 4.Wi?feld J, Nozaki I, Mathews M, et al. Deletion of Alzheimer’s disease-associated CD33 results in an inflammatory human microglia phenotype. Glia. 2021;69(6):1393-1412. doi:10.1002/glia.23968 5.Yao H, Coppola K, Schweig JE, Crawford F, Mullan M, Paris D. Distinct Signaling Pathways Regulate TREM2 Phagocytic and NFκB Antagonistic Activities. Front Cell Neurosci. 2019;13:457. doi:10.3389/fncel.2019.00457 6.Schweig JE, Yao H, Beaulieu-Abdelahad D, et al. Alzheimer’s disease pathological lesions activate the spleen tyrosine kinase. Acta Neuropathol Commun. 2017;5(1):69. doi:10.1186/s40478-017-0472-2 |
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