星形胶质细胞-小胶质细胞相互作用驱动视神经脊髓炎病变的演变

Astrocyte-microglia interaction drives evolving neuromyelitis optica lesion

作者信息Tingjun Chen, Vanda A Lennon, Yong U Liu, Dale B Bosco, Yujiao Li, Min-Hee Yi, Jia Zhu, Shihui Wei, Long-Jun Wu
PMID32568214
发布时间2020-08-03
DOI10.1172/JCI134816

实验完整度

包含体外细胞实验(HEK293转染细胞)、小鼠模型(NMO-IgG鞘内灌注)及基因敲除小鼠(Aqp4-/-、C3-/-、C3aR-/-),并进行行为学、组织学、活体成像等多维度验证。

主要模型

小鼠NMO模型(C57BL/6J及基因敲除小鼠) 星形胶质细胞-小胶质细胞相互作用模型 HEK293细胞表达AQP4用于抗体检测

重点核对

NMO-IgG剂量(10、3、1 μg/day)及给药方式(鞘内连续灌注5-7天) AQP4依赖性(Aqp4-/-小鼠无运动障碍) C3aR信号(C3aR-/-小鼠运动障碍和病理减轻) 小胶质细胞消融(他莫昔芬和DT处理) C3和C1q表达变化

摘要

视神经脊髓炎(NMO)是一种严重的炎症性自身免疫性中枢神经系统疾病,由IgG自身抗体与星形胶质细胞上的水通道蛋白4(AQP4)水通道结合触发。补体的溶细胞激活被认为是组织破坏的主要效应机制,随后累及髓鞘。我们通过持续将IgG(来源于NMO患者血清或AQP4特异性小鼠单克隆抗体)注入脊髓蛛网膜下腔,不添加外源性补体,研究了NMO演变病理中的早期溶细胞前事件。运动障碍和亚溶细胞NMO兼容的免疫病理呈IgG剂量依赖性、AQP4依赖性,并且出乎意料地依赖于小胶质细胞。体内脊髓成像显示小胶质细胞与星形胶质细胞之间存在显著的物理相互作用,该作用需要星形胶质细胞上调的补体C3蛋白的C3a片段发出信号。星形胶质细胞保持存活但失去AQP4。先前未被认识的星形胶质细胞与小胶质细胞之间的串扰,涉及早期激活的中枢神经系统固有补体成分和小胶质细胞C3a受体信号,似乎是演变中的NMO病变溶细胞前阶段的关键驱动因素,包括初始运动障碍。我们的结果表明,小胶质细胞值得作为NMO治疗干预的潜在靶点。

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
在NMO病变的溶细胞前阶段,AQP4-IgG与星形胶质细胞结合后,小胶质细胞是否参与以及如何参与病变演变和运动障碍?
核心机制
AQP4-IgG与星形胶质细胞AQP4结合后,星形胶质细胞上调补体C3,其裂解产物C3a通过小胶质细胞C3aR信号,驱动小胶质细胞向星形胶质细胞聚集和相互作用,进而导致神经元损伤和运动障碍。
主要证据
小鼠鞘内灌注NMO-IgG诱导剂量依赖的运动障碍,AQP4缺失或C3aR缺失时运动障碍及病理减轻;小胶质细胞消融可防止运动障碍;体内双光子成像显示小胶质细胞突起向星形胶质细胞聚集。
研究意义
揭示小胶质细胞在NMO早期病变中的关键作用,为NMO治疗提供潜在的新靶点。

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NMO小鼠模型

建立由NMO-IgG诱导的、持续灌注小鼠模型,模拟NMO早期病变。

将NMO患者血清来源的IgG或AQP4单克隆抗体通过渗透泵连续5-7天灌注到小鼠腰椎蛛网膜下腔,评估运动功能。

2

验证AQP4依赖性

确认运动障碍和病理变化是由IgG与AQP4特异性结合引起。

使用Aqp4-/-小鼠和AQP4单克隆抗体,评估运动功能和组织学变化。

3

评估星形胶质细胞和小胶质细胞激活

检测NMO-IgG灌注后星形胶质细胞和小胶质细胞的形态和标志物变化。

通过免疫荧光染色检测GFAP、Iba1、CD68、C1q等标志物,并进行形态学分析和Sholl分析。

4

小胶质细胞消融实验

确定小胶质细胞在NMO-IgG诱导的运动障碍中的必要性。

使用他莫昔芬和DT选择性消融小胶质细胞,观察NMO-IgG灌注后运动功能及病理变化。

5

验证补体信号通路

验证早期补体成分C3及其受体C3aR在星形胶质细胞-小胶质细胞相互作用中的作用。

使用C3-/-和C3aR-/-小鼠,以及C3和C3aR免疫染色,评估运动功能和细胞相互作用。

6

体内成像观察相互作用

在活体状态下观察小胶质细胞与星形胶质细胞之间的动态相互作用。

使用Cx3cr1gfp/+小鼠和SR101标记星形胶质细胞,通过双光子显微镜观察NMO-IgG灌注后小胶质细胞突起的聚集。

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
蛋白G琼脂糖----
Alzet渗透泵Alzet--
聚氨酯导管Alzet--
转棒仪Med Associates Inc--
抗Iba1抗体Abcam178847
抗CD68抗体Abcam125212
抗GFAP抗体Cell Signaling Technology3670
抗AQP4抗体MilliporeSigmaA5971
抗C3抗体Thermo Fisher Scientific21349
抗C3aR抗体Hycult Biotech1123
抗C5b-9抗体Abcam--
抗MBP抗体Cell Signaling Technology--
抗裂解caspase-3抗体Cell Signaling Technology5A1E
抗NF200抗体Abcam--
抗CD31抗体BD550274
Alexa Fluor 594Life Technologies--
Alexa Fluor 488Life Technologies--
Fluoromount-G封片剂Southern Biotech--
共聚焦显微镜LSM510Zeiss--
Triton X-100MilliporeSigma--
山羊血清----
他莫昔芬MilliporeSigma--
白喉毒素MilliporeSigmaD0564
重组C3a----
SR101染料----
双光子显微镜Scientifica--
钛蓝宝石激光器Spectra Physics--

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、年龄、性别
阅读提示:Methods: Animals 部分
IgG输注
NMO-IgG剂量、输注途径、持续时间
阅读提示:Methods: IgG delivery surgery 部分;Figure 1A
行为测试
Rotarod参数、测试时间点
阅读提示:Methods: Behavioral testing 部分
小胶质细胞消融
他莫昔芬和DT给药方案
阅读提示:Methods: Microglial ablation 部分;Figure 6A
免疫染色
抗体及其稀释比例,固定和切片条件
阅读提示:Methods: Fluorescent immunostaining 部分