天津医科大学郝峻巍PNAS揭示脑卒中后神经损伤的新机制

　　

星形胶质细胞的突起伸展充填于整个中枢神经系统（CNS）中，它通过调节脑血流量、脑代谢和神经递质的传递来支持和保护精细的神经元，星形胶质细胞亦形成胶质界膜的骨架，参与构成独特的血脑屏障，将CNS与机体其他部分隔离。在类似缺血性卒中的脑损伤中，星形胶质细胞的作用是复杂的，有证据表明其在卒中病理学中的作用有利有弊。星形胶质细胞在CNS损伤后发生强烈反应，释放促炎症介质来募集免疫细胞，始动胶质瘢痕的形成以局限损伤区域，并恢复血脑屏障的完整性。然而，目前对脑损伤后星形胶质细胞和外周免疫系统之间的相互作用了解甚少。

近期来自天津医科大学等处的研究人员报道了星形胶质细胞来源的IL-15是脑缺血后组织损伤和不良事件的主要驱动因素，这种作用依赖于IL-15特异性增强自然杀伤细胞（NK细胞）和CD8+ T淋巴细胞的活化和细胞毒性的效应功能。

这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上，文章的通讯作者是天津医科大学总医院神经内科的郝峻巍教授，郝教授近年来主要从事自然杀伤（NK）细胞在中枢神经系统（CNS）自身免疫性疾病中的发病及临床免疫疗法的研究。

在这篇文章中，研究人员分离出卒中后24小时小鼠脑中的星形胶质细胞，通过蛋白质组学阵列分析，发现IL-15是其大量产生的因子之一，他们的研究首次阐述了星形胶质细胞是缺血性卒中后CNS中IL-15的主要来源。为了确定IL-15在卒中病理中的作用，研究人员通过构建GFAP–IL-15tg转基因小鼠，实现了IL-15在星形胶质细胞的特异性过表达。在正常生理条件下，这些转基因小鼠并不表现出增强的神经炎症，但在实验性缺血性卒中后，星形胶质细胞过表达IL-15则加剧了其组织损伤和神经功能障碍。

一项互补性研究在野生型小鼠体内慢病毒敲低星形胶质细胞中IL-15的表达水平，由此改善了其卒中后的组织损伤和神经功能障碍，从而进一步论证了星形胶质细胞来源的IL-15加重了缺血性卒中的病理过程。德克萨斯大学休斯顿医学中心神经内科主任、卒中研究中心主任、美国NIH课题评审顾问Louise D. McCullough教授在同期杂志以“Astrocytes fuel the fire of lymphocyte toxicity after stroke”为题撰写专题进行正面评述（PNAS, 2017;114(3):425-427）。

直至这项研究公布，IL-15在脑炎症中的机制作用才得以被清楚认知。众所周知，IL-15在外周免疫细胞（如NK细胞和T淋巴细胞）的维持和功能中发挥重要作用。这项研究表明星形胶质细胞中IL-15的过表达导致卒中后NK细胞和CD8 + T淋巴细胞在脑中的浸润增加，同等重要的是，并未观察到其他外周免疫细胞的浸润变化及小胶质细胞极化状态的改变。通过使用抗CD8、抗NK1.1单克隆抗体，研究人员实现了CD8 + T淋巴细胞或NK细胞或两者的体内删除，并由此减轻了GFAP–IL-15tg转基因小鼠中星形胶质细胞过表达IL-15造成的有害后果。

随后的实验显示，星形胶质细胞来源的IL-15增强了NK细胞和CD8 + T淋巴细胞活化和发挥细胞毒作用所必需的分子的表达，包括CD69和IFN-γ。前期已有研究表明NK细胞和CD8 + T淋巴细胞加剧了缺血性卒中后的组织损伤，最新研究数据与前期的研究结果一致，证明了星形胶质细胞产生的IL-15是CNS损伤后淋巴细胞活化和细胞毒性的驱动因素。

IL-15是一种独特的细胞因子，它在呈递在细胞表面之前与IL-15受体α（IL-15Rα）形成复合物。在外周，这种膜结合形式的IL-15负责该细胞因子对靶NK细胞和CD8 + T细胞的主要作用。李等人通过体内和体外实验表明，IL-15α的表达、IL-15在星形胶质细胞膜上的呈递以及直接的细胞与细胞接触对增强NK细胞和CD8 + T细胞的活性是必不可少的，这意味着通过靶向中断IL-15Rα、IL-15或其靶细胞上互补受体的表达，来抑制CNS和其他组织中淋巴细胞介导的细胞毒性，这些均可能代表了治疗缺血性卒中的可行策略。

然而需要重点指出的是，使用小鼠模型来识别人类炎症性疾病的治疗靶点最近已引起了质疑，这个问题在缺血性卒中的研究领域尤为关键，因为该领域数百个成功的啮齿动物研究尚未转化为有效的临床试验，并且在小鼠和人的外周炎症转录组之间几乎未发现重叠的特点。但是，最近的研究工作表明，识别并专注于小鼠和人之间共有的炎症机制为确定可行的治疗靶点提供了最大的可能性。这项研究有力地证实了在小鼠和人类患者卒中后，星形胶质细胞均为二者脑中IL-15的主要来源，而且在二者脑中均发现了NK细胞和CD8+ T细胞与反应性的星形胶质细胞紧密接触的现象，从而进一步支持了以上研究结果的临床转化相关性。

这项研究中使用的人脑样品均获自老年患者，以突出缺血性卒中主要为衰老相关性疾病这一事实。老年患者遭受更高的卒中发病率和卒中后死亡率，这一发现已在缺血性卒中的老年小鼠模型中证实，该模型更好地模拟了大部分卒中患者的生理年龄。有证据显示，卒中后的炎症反应随年龄的增长而变化，因此研究人员通过另外的老年动物的缺血性卒中实验证明了星形胶质细胞产生的IL-15亦起有害作用，从而有力支持了其研究结果的临床效用性。

缺血性卒中后星形胶质细胞来源的IL-15增强了细胞介导的免疫反应，这一新的研究证据对我们理解CNS损伤中星形胶质细胞和脑免疫间的相互作用有着广泛的影响。已发现炎症反应在卒中后的作用有利有弊，因此未来研究应进一步扩展探索IL-15在卒中后长期的功能结果和神经修复中的作用。总之，这些研究结果显著拓展了我们对星形胶质细胞/淋巴细胞间相互作用在脑缺血后的饰演角色的认知，并可能对其他神经病理学，尤其是创伤性脑损伤和神经退行性疾病的研究有重要的启示和影响。

作者简介：
郝峻巍
天津医科大学总医院
近年来主要从事自然杀伤（NK）细胞在中枢神经系统（CNS）自身免疫性疾病中的发病及临床免疫疗法的研究。近3年，以第一或通讯作者发表的论文主要包括The Journal of Experimental Medicine (影响因子：13. 9，标题作为当期封面并且这一学术成果被Nature杂志专题报道) 、Annals of Neurology (影响因子：11.1)等。为“国家优秀青年科学基金”获得者，并入选“教育部新世纪优秀人才”及天津市首批“用三年时间引进千名以上高层次人才”支持计划，累计可支配科研经费逾400万。

原文摘要：

Astrocyte-derived interleukin-15 exacerbates ischemic brain injury via propagation of cellular immunity

Astrocytes are believed to bridge interactions between infiltrating lymphocytes and neurons during brain ischemia, but the mechanisms for this action are poorly understood. Here we found that interleukin-15 (IL-15) is dramatically up-regulated in astrocytes of postmortem brain tissues from patients with ischemic stroke and in a mouse model of transient focal brain ischemia. We generated a glial fibrillary acidic protein (GFAP) promoter-controlled IL-15–expressing transgenic mouse (GFAP–IL-15tg) line and found enlarged brain infarcts, exacerbated neurodeficits after the induction of brain ischemia. In addition, knockdown of IL-15 in astrocytes attenuated ischemic brain injury. Interestingly, the accumulation of CD8+ T and natural killer (NK) cells was augmented in these GFAP–IL-15tg mice after brain ischemia. Of note, depletion of CD8+ T or NK cells attenuated ischemic brain injury in GFAP–IL-15tg mice. Furthermore, knockdown of the IL-15 receptor α or blockade of cell-to-cell contact diminished the activation and effector function of CD8+ T and NK cells in GFAP–IL-15tg mice, suggesting that astrocytic IL-15 is delivered in trans to target cells. Collectively, these findings indicate that astrocytic IL-15 could aggravate postischemic brain damage via propagation of CD8+ T and NK cell-mediated immunity.