远程缺血后处理通过IL-33/ST2轴驱动边缘相关巨噬细胞的代谢重编程改善蛛网膜下腔出血后的认知功能障碍

Remote ischemic postconditioning improves cognitive dysfunction after subarachnoid hemorrhage by driving metabolic reprogramming of border-associated macrophages through the IL-33/ST2 axis

作者信息Jiru Zhou, Xiaoguo Li, Peiwen Guo, Zichao Huang, Jianjun Zhong, Yuanshu Li, Chongjie Cheng, Daochen Wen, Yajun Zhu, Xingwei Lei, Wenyan Li, Zhi Chen, Yujie Chen, Xiaochuan Sun, Zongduo Guo
PMID41185035
发布时间2025-11-03
DOI10.1186/s12974-025-03587-0

实验完整度

高

包含动物模型(SAH小鼠)、细胞实验(原代OPCs)、多组学分析(转录组、蛋白组、代谢组)、行为学和免疫荧光等多层级验证,并有嵌合小鼠机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠SAH模型 WT/ST2 KO嵌合小鼠SAH模型 原代少突胶质前体细胞(OPCs) RAW264.7巨噬细胞系

重点核对

SAH模型采用改良血管内穿孔法,Sham组不穿孔 RIPostC治疗于SAH建模后72h开始,每天3个循环(10min缺血/10min再灌注),连续7天 BAMs丰度通过CD206免疫荧光和流式细胞术评估 BAMs耗竭使用氯膦酸盐脂质体侧脑室注射(4μl,0.2μl/min) 骨髓嵌合小鼠经950rads γ射线照射后移植5×10^6骨髓细胞

摘要

背景:蛛网膜下腔出血(SAH)是一种具有高死亡率和致残率的严重脑血管疾病。尽管治疗进展降低了死亡率,但幸存者常遭受持续的认知功能障碍。边缘相关巨噬细胞(BAMs)在神经系统疾病中发挥重要的营养和免疫调节作用;然而,它们在SAH后的动态变化及其对认知结局的影响仍不清楚。远程缺血后处理(RIPostC)是一种新兴的神经保护方法,但其在SAH中的机制尚未完全阐明。本研究旨在探讨BAMs在SAH后认知功能障碍中的作用,并探讨RIPostC干预的效果及其潜在机制。方法:建立小鼠SAH模型,并结合多组学分析,系统评估SAH亚急性期BAMs的时空变化及其与认知功能障碍的关系。评估RIPostC对BAMs丰度、免疫调节功能和认知结局的影响。进一步使用嵌合骨髓(BM)小鼠检查分子机制。结果:在SAH后的亚急性期,BAMs丰度降低,并与髓鞘损伤和认知障碍的严重程度相关。RIPostC治疗显著增加BAMs丰度,促进髓鞘再生,并改善认知功能。机制上,RIPostC通过IL-33/ST2轴诱导BAMs的氨基酸代谢重编程,从而增加少突胶质前体细胞(OPCs)的增殖、迁移和髓鞘形成。这些有益效应在WT/ST2 KO嵌合小鼠中显著减弱。结论:本研究证明了BAMs在SAH后认知功能障碍中的关键参与,并表明RIPostC通过IL-33/ST2轴调节BAMs从而改善认知缺陷。这些发现为SAH的病理生理学提供了新见解,支持针对BAMs和IL-33/ST2轴的靶向干预,并为RIPostC作为SAH安全无创治疗策略的临床转化提供了重要证据。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
探究BAMs在SAH后认知功能障碍中的作用以及RIPostC通过何种机制改善认知功能。
核心机制
RIPostC通过IL-33/ST2轴驱动BAMs的氨基酸代谢重编程,增强其增殖和营养支持功能,进而促进OPCs的增殖、迁移和髓鞘形成,改善认知功能。
主要证据
SAH后BAMs丰度下降与髓鞘损伤和认知障碍相关;RIPostC增加BAMs丰度并改善认知;WT/ST2 KO嵌合小鼠中RIPostC效果减弱;多组学分析显示BAMs代谢重编程及共培养实验验证对OPCs的促进作用。
研究意义
为SAH后认知功能障碍的病理机制提供新见解,支持靶向BAMs和IL-33/ST2轴的干预策略,并为RIPostC作为安全无创治疗手段的临床转化提供证据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立SAH小鼠模型并观察BAMs动态变化

观察SAH后BAMs在脑边界组织的时空分布及其与认知功能的关系

通过血管内穿孔法建立SAH模型,在不同时间点(1、7、14天)用免疫荧光染色观察脑膜和血管周围BAMs(CD206阳性)的分布和数量变化,并检测髓鞘损伤和认知行为(水迷宫、Y迷宫、高架十字迷宫)。

2

BAMs耗竭实验

评估BAMs缺失对SAH后髓鞘损伤和认知功能的影响

通过侧脑室注射氯膦酸盐脂质体耗尽BAMs,然后建立SAH模型,检测髓鞘(MBP)、轴突(NF200)和OPCs(PDGFRα)的免疫荧光,并进行认知行为测试。

3

RIPostC干预及效果评估

检验RIPostC是否增加BAMs丰度、改善髓鞘损伤和认知功能

在SAH建模后72小时开始进行RIPostC治疗(股动脉夹闭/再灌注循环),持续7天,然后检测BAMs丰度(免疫荧光)、髓鞘结构、认知行为(水迷宫、Y迷宫、高架十字迷宫)以及下肢血流量。

4

IL-33/ST2轴验证

验证RIPostC是否通过IL-33/ST2轴增加BAMs丰度和改善认知功能

通过Luminex检测脑脊液和血液中IL-33水平,并用重组IL-33鼻内给药验证其对BAMs丰度和认知功能的影响。进一步构建WT/ST2 KO骨髓嵌合小鼠,检测RIPostC对BAMs丰度(免疫荧光)、认知行为(水迷宫、Y迷宫、高架十字迷宫)、转录组(GO/KEGG/GSEA)的影响。

5

多组学分析

解析IL-33/ST2轴对BAMs代谢重编程的机制

通过流式分选(CD11b+磁珠阳性选择,Ly6G-CD3-CD206+)从嵌合小鼠脑组织获取BAMs,进行蛋白质组学(Astral DIA)、代谢组学(非靶向)、RNA-seq、海马能量代谢检测(OCR/ECAR),分析差异蛋白和代谢物及通路富集。

6

细胞功能验证

验证IL-33/ST2轴对BAMs增殖能力和代谢的影响

在RAW264.7细胞中敲低Il1rl1(shRNA),用rIL-33处理,检测细胞周期(流式细胞术)和EdU增殖。同时用海马仪检测BAMs的OCR和ECAR。

7

BAMs与OPCs共培养实验

验证IL-33/ST2轴驱动的BAMs对OPCs增殖、迁移和髓鞘形成的影响

从新生小鼠脑组织分离PDGFRα+ OPCs,与来自WT/WT和WT/ST2 KO嵌合小鼠的BAMs共培养,检测OPCs增殖(EdU)、迁移(Transwell)、细胞骨架复杂度(Sholl分析)和髓鞘形成(MBP+/Olig2+比例)。

8

体内髓鞘再生验证

验证IL-33/ST2轴对SAH后髓鞘再生的影响

在嵌合小鼠SAH后RIPostC处理7天后,取脑组织进行免疫荧光染色,检测胼胝体区域MBP面积、CC1+成熟少突胶质细胞和MCM2+ OPCs的数量。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
微型动脉夹扬州康宏医疗器械有限公司型号KH-200
DNA提取试剂盒碧云天D0063
DNA分子量标准Thermo Fisher ScientificSM1553
玻璃微电极注射泵RWDR-480
抗Lyve1抗体Abcamab33682
重组抗甘露糖受体抗体Abcamab300621
MBP抗体(F-6)SANTA CRUZ Biotechnologysc-271524
NF-H重组Superclonal抗体Thermo Fisher711025
PDGFRα抗体RD systemsAF1062
凝集素Vector LabsDL-1207-5
驴抗兔IgG(H+L)高交叉吸附二抗,Alexa Fluor™ 555Thermo FisherA-31572
驴抗山羊IgG(H+L)交叉吸附二抗,Alexa Fluor™647Thermo FisherA-21447
驴抗小鼠IgG(H+L)高交叉吸附二抗,Alexa Fluor™ 488Thermo FisherA-21202
FITC标记的鬼笔环肽SolarbioCA1620
DAPI封片剂Southern Biotech0100-20
激光共聚焦显微镜ZeissLSM880
shRNAJikai Company--
Bio-Plex Pro小鼠细胞因子组Bio-RadM60009RDPD
Luminex 200系统Luminex--
CD45-EV450ElabscienceE-AB-F1136Q
成年小鼠脑组织温和解离试剂盒RWD Life Science Co., Ltd.DHABE-5003
CD11b+磁珠RWD Life Science Co., Ltd.K1306-10
CD3-FITCElabscienceE-AB-F1013C
Ly6G-PEElabscienceE-AB-F1108D
CD206-APCElabscienceE-AB-F1135E
Alexa Fluor® 488标记的小鼠ST2/IL-33R抗体R&D SystemsFAB10041G
细胞周期检测试剂盒(红色荧光)ElabscienceE-CK-A351
XF DMEM基础培养基Agilent Technologies103575-100
XFp细胞线粒体压力测试试剂盒Agilent103010-100
XFp糖酵解压力测试试剂盒Agilent103020-100
Seahorse XF分析仪Agilent Technologies--
PDGFRα+磁珠Miltenyi Biotec130-101-502
TRIzolInvitrogen15596026
胰蛋白酶SolarbioT1300
Transwell小室Corning--
基质胶Corning354234
EdUElabscienceE-CK-A377
GraphPad PrismGraphPad Software, Inc.--
SPSSIBM--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
小鼠品系、周龄、性别、体重;麻醉方案(异氟烷浓度);SAH建模方法(血管内穿孔);SAH分级标准(≤7排除)
阅读提示:Methods: Animals, Establishment of a mouse SAH model
RIPostC处理
开始时间(SAH后72h);循环方案(10min缺血/10min再灌注,每天3次,连续7天);确认缺血成功的标准(皮肤苍白、温度下降>3°C);对照组处理
阅读提示:Methods: RIPostC treatment in mice
BAMs耗竭
氯膦酸盐脂质体剂量和注射体积;注射途径(侧脑室);注射速度;注射时间(SAH前2天)
阅读提示:Methods: BAMs depletion
嵌合小鼠制备
照射剂量(950rads);照射源(⁶⁰Co);骨髓细胞数量(5×10⁶);移植后恢复时间(6周)
阅读提示:Methods: Radiation and bone barrow transplantation
BAMs分离
CD45-EV450标记方案;脑组织解离试剂盒;CD11b+磁珠阳性选择;流式分选标记(Ly6G-CD3-CD206+);ST2表达验证
阅读提示:Methods: Isolation of BAM cells
代谢分析
海马能量代谢检测的细胞数量、培养基成分(葡萄糖、谷氨酰胺)、试剂浓度(oligomycin, FCCP, rotenone/antimycin A);蛋白质组学样本量(>20μg);代谢组学样本量(5×10⁶-1×10⁷)
阅读提示:Methods: Oxygen consumption (OCR) and extracellular acidification rate (ECAR) measurements with Seahorse, Astral DIA-based proteomic analysis, Nontargeted metabolomic analysis
OPCs培养与共培养
OPCs分离方法(PDGFRα+磁珠);培养条件和生长因子;共培养时间;EdU浓度和孵育时间;Transwell小室规格(8μm)、基质胶包被浓度、细胞密度、迁移时间;T3诱导时间
阅读提示:Methods: Isolation, culture and differentiation of primary OPCs, Flow cytometry detection of EdU-incubated OPCs cocultured with BAMs, Transwell invasion assay
行为学测试
测试时间点;水迷宫平台直径和位置;训练天数;Y迷宫臂长;高架十字迷宫尺寸;数据分析参数
阅读提示:Methods: Elevated plus maze test, Y maze test, Morris water maze test