巨噬细胞在外周神经病变中保护感觉轴突免受损失

Macrophages protect against sensory axon loss in peripheral neuropathy

作者信息Sara Hakim, Aakanksha Jain, Stuart S Adamson, Veselina Petrova, Jonathan Indajang, Hyoung Woo Kim, Riki Kawaguchi, Qing Wang, Elif S Duran, Drew Nelson, Caitlin A Greene, Jenae Rasmussen, Clifford J Woolf
PMID39939762
期刊Nature
发布时间2025-04
DOI10.1038/s41586-024-08535-1

实验完整度

包含体外细胞模型、动物模型、单细胞测序、遗传和药物干预等多个独立证据层级,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠 HFHFD诱导的肥胖和糖尿病前期小鼠模型 CCR2-KO小鼠 Lgals3-KO小鼠

重点核对

HFHFD喂养时间(12周 vs 24周) CCR2信号阻断方式(Ccr2-KO或CVC注射) Lgals3缺失 Sarm1-KO 检测指标(热痛觉、机械痛觉、IENFD)

摘要

外周神经病变是2型糖尿病的常见并发症,与肥胖密切相关,导致感觉丧失,部分患者出现神经病理性疼痛。尽管糖尿病外周神经病变的发生和进展与血脂异常和高血糖有关,但炎症对外周神经病变发病机制的贡献尚未被研究。这里我们使用高脂高果糖饮食(HFHFD),该饮食诱导肥胖和糖尿病前期代谢变化,来研究外周神经病变的发生。喂食HFHFD的小鼠在3个月后出现持续性热痛觉减退,但表皮皮肤神经纤维密度下降仅在6个月时显现。通过单细胞测序,我们发现CCR2+巨噬细胞在轴突变性可检测之前就已浸润到HFHFD喂养小鼠的坐骨神经中。这些浸润巨噬细胞与神经挤压诱导的巨噬细胞具有基因表达相似性,并表达神经退行性相关的小胶质细胞标记基因,尽管没有轴突丢失或脱髓鞘。通过基因或药理学阻断CCR2信号抑制巨噬细胞募集导致更严重的热痛觉减退和加速皮肤去神经支配,删除Lgals3(募集巨噬细胞中表达的基因)也是如此。因此,在肥胖糖尿病前期小鼠中,巨噬细胞募集到外周神经是神经保护性的,通过半乳糖凝集素3延缓终末感觉轴突变性。增强和维持患者早期神经保护性免疫反应可能减缓或预防外周神经病变。

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
炎症(特别是巨噬细胞)是否以及如何在糖尿病前期外周神经病变的发生和发展中起作用?
核心机制
HFHFD诱导的肥胖糖尿病前期小鼠中,CCR2+巨噬细胞在轴突变性前浸润坐骨神经,通过半乳糖凝集素3(Gal-3)发挥神经保护作用,延缓终末感觉轴突变性。
主要证据
HFHFD小鼠在12周时出现热痛觉减退但无轴突变性,24周时IENFD减少;单细胞测序和流式细胞术显示CCR2+巨噬细胞浸润;Ccr2-KO、CVC或Lgals3-KO导致更严重的热痛觉减退和更早的IENFD减少。
研究意义
增强和维持患者早期神经保护性免疫反应可能减缓或预防外周神经病变。

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HFHFD诱导的肥胖和糖尿病前期小鼠模型

模拟人类2型糖尿病相关的代谢异常和外周神经病变。

给雄性C57BL/6J小鼠喂食高脂饮食(60%千卡来自猪油)并补充高果糖水(42 g/l),持续12周或24周,对照组喂食低脂对照饮食。评估体重、血糖、胰岛素、HbA1c等代谢指标。

2

行为学检测神经病变表型

评估外周神经病变相关的感觉行为变化。

使用von Frey纤维丝检测机械性异常性疼痛,Hargreaves测试检测热痛觉,热梯度环检测温度偏好。

3

评估表皮神经纤维密度(IENFD)

评估终末轴突变性。

收集后爪足底皮肤,进行PGP9.5免疫染色,计算穿过真皮-表皮边界的纤维数除以表皮长度。

4

单细胞测序分析坐骨神经免疫细胞

鉴定和比较HFHFD喂养小鼠坐骨神经免疫细胞组成变化。

从坐骨神经分离CD45+免疫细胞,进行单细胞RNA测序,分析细胞类型和基因表达差异。

5

验证巨噬细胞浸润和来源

验证单细胞测序发现的巨噬细胞浸润,并确定CCL2来源。

使用流式细胞术定量LY6ChiCD64+募集巨噬细胞;通过免疫荧光染色检测F4/80+巨噬细胞在神经内的分布和CCL2-RFP共定位。

6

比较HFHFD与神经挤压后的巨噬细胞

评估HFHFD相关巨噬细胞是否与损伤诱导的巨噬细胞相似。

将HFHFD数据集与已发表的神经挤压数据集整合,进行聚类分析,比较基因表达。通过坐骨神经挤压手术验证,并用RT-qPCR检测Lgals3和Trem2表达。

7

评估阻断CCR2信号的影响

测试阻止巨噬细胞募集是否加重神经病变。

使用Ccr2-KO小鼠或CCR2/5抑制剂CVC处理HFHFD小鼠,监测行为表型和IENFD。

8

评估Lgals3(Gal-3)的作用

测试Gal-3是否介导巨噬细胞的神经保护作用。

使用Lgals3-KO小鼠,喂食HFHFD 12周,评估行为表型和IENFD,并通过流式细胞术检查巨噬细胞募集情况。

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
高脂饮食D12492Research Diets--
对照饮食D12450JResearch Diets--
小鼠糖化血红蛋白检测试剂盒Crystal Chem80310
超灵敏小鼠胰岛素ELISA试剂盒Crystal Chem90080
Hargreaves仪器IITC390G
热梯度环Ugo Basile35550
Zamboni固定液Newcomer1459A
抗PGP9.5抗体Abcamab108986
驴抗兔Cy3二抗Jackson ImmunoResearch711-165-152
Prolong抗淬灭DAPI封片剂InvitrogenP36935
胶原酶ARoche--
分散酶IIRoche--
LiberaseSigma-Aldrich05401119001
Fc阻断剂Tonbo Biosciences70-0161-U500
抗CD45-ef780抗体Thermo Fisher Scientific47-0451-82
抗CD11B-FITC抗体Thermo Fisher Scientific11-0112-82
抗CD64-PE-594抗体BioLegend139319
抗LY6C-BV711抗体BioLegend128037
抗LY6G-PE抗体BioLegend127607
抗CD3ε-PE抗体BioLegend100307
LSR Fortessa流式细胞仪BD Biosciences--
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒v3.110X Genomics--
Next GEM芯片G10X Genomics--
DynaBeads MyOne SILANE磁珠10X Genomics2000048
SPRIselect试剂盒Beckman CoulterB23318
NovaSeq 6000测序仪Illumina--
抗F4/80抗体Bio-RadMCA497GA
抗IV型胶原抗体Sigma-AldrichAB769
抗CD31抗体Novus BiologicalsAF3628
驴抗大鼠488二抗Abcamab150153
驴抗山羊647二抗InvitrogenA21447
TAAB Epon树脂TAAB Laboratories Equipment--
Reichert Ultracut-S超薄切片机Leica--
JEOL 1200EX透射电子显微镜JEOL--
TecnaiG2 Spirit BioTWIN透射电子显微镜FEI--
AMT 2k CCD相机AMT--
CenicrivirocSelleckchemS8512
RNAlaterQiagen--
cDNA VILO试剂盒Invitrogen11754050
SYBR Green预混液Life Technologies--
7500 Fast实时PCR系统Applied Biosystems--

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
饮食诱导模型
HFHFD的成分和喂食时间;对照组饮食;动物品系、年龄和性别
阅读提示:Methods: Diet
行为学检测
测试方法(von Frey、Hargreaves、热梯度环);适应时间;(如果适用)刺激强度;试验次数
阅读提示:Methods: Behaviour
IENFD分析
皮肤取材位置和厚度;固定和包埋方法;切片厚度;免疫染色抗体和稀释度;计数规则
阅读提示:Methods: Skin immunohistochemistry and IENFD analysis
单细胞测序
组织消化方法;细胞分选策略;测序文库构建和测序深度;数据分析参数
阅读提示:Methods: Preparation of immune cells for single-cell sequencing; Barcoding and library preparation; Single-cell RNA-sequencing data analysis
巨噬细胞分析
流式抗体和门控策略;免疫荧光染色标记物;Ccr2-KO或CVC处理剂量和方案
阅读提示:Methods: Flow cytometry; Sciatic nerve immunohistochemistry; Mouse injections