腹膜细胞随趋化因子CX3CL1的改变逆转年龄相关的识别记忆损伤

Alteration in peritoneal cells with the chemokine CX3CL1 reverses age-associated impairment of recognition memory.

作者信息Yoshinori Takei, Yoko Amagase, Keiko Iida, Tomohiro Sagawa, Ai Goto, Ryuichi Kambayashi, Hiroko Izumi-Nakaseko, Akio Matsumoto, Shinichi Kawai, Atsushi Sugiyama, Tatsuyuki Takada, Akira Hirasawa
PMID35593945
发布时间2022-08
DOI10.1007/s11357-022-00579-3

实验完整度

包含体外细胞分型(流式)、体内吞噬实验、行为学测试(新物体识别、Y迷宫)、组织免疫荧光(海马神经干细胞、BDNF)、细胞移植和迷走神经切断术等多层级验证。

主要模型

老年(15-17月龄)C57BL/6J小鼠 年轻(2-4月龄)C57BL/6J小鼠 腹膜细胞移植模型

重点核对

CX3CL1腹腔注射剂量:50 μg/kg体重,每3天一次,共5次 腹膜细胞分离时间:最后一次注射后2天 新物体识别测试时间:最后一次注射后8周 腹膜细胞移植细胞数:2.5×10^6细胞/只 迷走神经切断术时间:最后一次注射后4天

摘要

认知功能随年龄的增长而逐渐下降。衰老过程可被肥胖促进,并被运动减弱。这两种情况都会影响外周组织中趋化因子CX3CL1的水平;然而,其在认知衰老中的作用尚不清楚。在本研究中,我们将CX3CL1注射到老年小鼠的腹腔中,以研究其对衰老过程的影响。在腹腔中,CX3CL1不仅逆转了表达衰老标志物p16INK4a的细胞的年龄相关积累,还增加了腹膜吞噬活性,表明CX3CL1影响了腹膜细胞的表型。在老年小鼠的海马中,腹腔注射CX3CL1增加了2型神经干细胞的数量,并促进了脑源性神经营养因子(BDNF)的表达。此外,这种处理改善了随年龄增长而受损的新物体识别记忆。将来自CX3CL1处理的老年小鼠的腹膜细胞腹腔移植到受体老年小鼠中,改善了其新物体识别记忆。这表明腹膜细胞在CX3CL1诱导的老年小鼠识别记忆改善中起关键作用。迷走神经切断术抑制了CX3CL1诱导的BDNF表达增加,证明迷走神经参与了腹腔注射CX3CL1诱导的海马BDNF表达。因此,我们的结果表明,腹膜细胞、迷走神经和海马之间的新联系可以逆转年龄相关的识别记忆衰退。

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
外周组织中的趋化因子CX3CL1是否影响认知衰老过程?
核心机制
腹腔注射CX3CL1改变腹膜细胞表型(降低p16INK4a阳性细胞比例,增加吞噬活性),通过迷走神经信号传导促进海马BDNF表达,进而改善年龄相关的识别记忆损伤。
主要证据
CX3CL1处理降低老年小鼠腹膜中p16INK4a阳性巨噬细胞比例,增加吞噬活性;增加海马Ngn2阳性2型神经干细胞数量和BDNF阳性细胞数;改善新物体识别记忆;腹膜细胞移植到老年受体小鼠可改善其识别记忆;迷走神经切断术阻断CX3CL1诱导的BDNF表达增加。
研究意义
揭示腹膜细胞、迷走神经和海马之间的新型连接可逆转年龄相关的识别记忆衰退,腹膜细胞可能成为治疗正常衰老所致识别记忆障碍的新潜在靶点,并可能为无法运动的人群提供类似运动的健康疗法替代途径。

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

腹膜细胞表型分析

评估年龄相关的腹膜细胞组成和衰老标志物表达变化,以及CX3CL1处理的影响

使用流式细胞术分析年轻和老年小鼠腹膜细胞中巨噬细胞(F4/80+)和淋巴细胞比例,检测p16INK4a阳性巨噬细胞比例。

2

体内吞噬功能检测

检测CX3CL1处理对老年小鼠腹膜细胞吞噬功能的影响

腹腔注射IgG-FITC标记的乳胶珠,2小时后收集腹膜细胞,流式细胞术检测吞噬FITC阳性细胞比例。

3

新物体识别行为测试

评估年龄相关的识别记忆损伤及CX3CL1处理的影响

分别在透明箱和Y迷宫中训练和测试小鼠对新物体的偏好,计算辨别指数。

4

海马神经干细胞和BDNF免疫荧光分析

检测CX3CL1处理对老年小鼠海马神经干细胞数量、DNA损伤和BDNF表达的影响

制备脑冠状切片,免疫荧光染色Sox2、Ngn2、γH2AX和BDNF,计数阳性细胞。

5

腹膜细胞移植实验

验证腹膜细胞在CX3CL1诱导的认知改善中的必要性

从CX3CL1或盐水处理的老年小鼠收集腹膜细胞,移植到受体老年小鼠腹腔,8周后进行新物体识别测试。

6

迷走神经切断术验证

验证迷走神经是否参与CX3CL1诱导的海马BDNF表达

对CX3CL1处理的老年小鼠进行双侧膈下迷走神经切断或假手术,4天后收集脑组织检测BDNF表达。

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。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证机制链路

产品清单

实验环节名称品牌货号
CX3CL1肽Fujifilm Wako Pure Chemical Corporation--
BD FACS Canto II流式细胞仪BD Bioscience, Inc.--
吞噬检测试剂盒(IgG-FITC)Cayman Chemicals--
Hoechst 33342染料ThermoFisher Scientific, Inc.--
RapiClear 1.47透明化试剂SunJin Lab, Co.--
FluoView FV-1000共聚焦显微镜Olympus, Co.--
Blocking One Hist封闭液Nacalai Tesque, Inc.--
OCT包埋剂Leica 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
CX3CL1腹腔注射
注射剂量:50 μg/kg体重;注射间隔:每3天一次,共5次;溶剂:无菌生理盐水
阅读提示:Materials and methods 中 Administration of CX3CL1 和 Fig. 1
腹膜细胞分离
分离时间:最后一次注射后2天;灌注液:冰浴PBS 10 mL;离心条件:200×g,3分钟
阅读提示:Materials and methods 中 Flow cytometry
体内吞噬实验
乳胶珠注射量:5 μL稀释于200 μL无菌盐水;检测时间:注射后2小时;淬灭:台盼蓝处理
阅读提示:Materials and methods 中 In vivo phagocytosis assay
新物体识别测试
测试时间:最后一次注射后8周;训练和测试间隔:6小时;辨别指数计算方法
阅读提示:Materials and methods 中 Novel object recognition test
海马免疫荧光
组织收集时间:最后一次注射后9周;切片厚度:50 μm;计数方法:每第五个切片
阅读提示:Materials and methods 中 Immunofluorescence 和 Fig. 4/6 图注
腹膜细胞移植
供体收集时间:最后一次注射后1天;移植细胞数:2.5×10^6细胞/只;行为测试时间:移植后8周
阅读提示:Materials and methods 中 Transplantation of peritoneal cells
迷走神经切断术
手术时间:最后一次注射后4天;取材时间:术后4天;切除位置:双侧膈下迷走神经干
阅读提示:Materials and methods 中 Vagotomy