树鼩创伤性脑损伤模型的建立及其神经炎症反应中胶质细胞极化失衡的研究

《IBRO Neuroscience Reports》：A study on the establishment of a traumatic brain injury model of tree shrews and the observation of neuroinflammatory responses

本研究针对缺乏理想创伤性脑损伤（TBI）树鼩模型的问题，通过建立稳定的树鼩TBI模型，系统观察了神经炎症因子表达及胶质细胞极化特征。结果表明，该模型成功模拟了TBI后运动功能障碍、影像学异常及组织病理损伤，并揭示了小胶质细胞M1/M2表型与星形胶质细胞A1/A2表型的同步激活可能导致神经毒性微环境，为TBI的病理机制研究和治疗靶点探索提供了新视角。

当大脑遭受外力撞击，发生创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury, TBI）后，其危害远不止于即刻的物理损伤。紧随其后的继发性脑损伤，涉及一系列复杂的病理生理过程，如神经炎症、氧化应激和程序性细胞死亡等，是导致患者高死亡率、高致残率的关键原因，但目前仍缺乏特异有效的治疗方法。因此，深入理解TBI后继发性损伤的机制，对于开发新的治疗策略至关重要。而这一切的基础，依赖于能够高度模拟人类TBI病理特征的可靠动物模型。

长期以来，啮齿类动物（如小鼠、大鼠）是TBI研究的主力军，因其成本低、易于操作和遗传调控。然而，鼠类与人类在神经解剖结构、免疫系统以及高级认知功能上存在显著差异，这使得许多在鼠模型中有效的候选药物，在进入人类临床试验后效果不佳，转化医学面临巨大挑战。大型动物如猪、羊，其脑结构更接近人类，但高昂的成本和复杂的实验操作限制了其广泛应用。因此，寻找一种在进化上更接近人类、脑结构相似且经济可行的实验动物，成为TBI研究领域的一个迫切需求。

在此背景下，树鼩（Tupaia belangeri）走入了研究者的视野。这种小巧灵长类近亲动物，被证实与灵长类亲缘关系最近，其大脑拥有类似灵长类发达的额叶，脑体比甚至高于人类。在行为上，树鼩表现出复杂的社会互动和应激反应，能够用于评估TBI后的认知和行为障碍。更重要的是，其神经炎症的时间线和机制等免疫反应特征更接近人类，能更好地模拟人类TBI的炎症病理过程。尽管树鼩已被成功用于构建阿尔茨海默病、帕金森病等神经系统疾病模型，但一个理想的TBI树鼩模型仍属空白。

为了解决这一问题，来自昆明医科大学的研究团队文宇、杨丽等人开展了一项研究，旨在建立一种稳定的树鼩TBI模型，并在此基础上阐明脑损伤后炎症因子的表达特征以及胶质细胞的极化特性。他们的研究成果发表在《IBRO Neuroscience Reports》上，为TBI的转化医学研究提供了新的潜在桥梁。

研究人员如何开展探索？

本研究主要运用了以下几种关键技术方法：研究使用12只成年雌性树鼩（来自昆明医科大学动物实验中心），随机分为假手术组和TBI模型组。采用经典的Marmarou重量坠落撞击法建立TBI模型。通过旷场实验（Open field test）评估TBI后第1天和第7天树鼩的运动能力。利用0.3 T小动物磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）扫描观察脑部损伤影像学变化。通过苏木精-伊红（Hematoxylin-eosin, HE）染色观察脑组织形态学改变。采用酶联免疫吸附测定（Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）检测脑组织和血浆中炎症因子（TNF-α, IL-6, IL-10, IL-13）以及星形胶质细胞相关标志物（C3, S100a10）的水平。借助免疫荧光染色（Immunofluorescence staining）观察小胶质细胞M1表型标志物CD86和M2表型标志物CD206的表达与分布。通过蛋白质印迹法（Western Blot）检测星形胶质细胞A1表型标志物Serping1和A2表型标志物Ptx3的蛋白表达水平。

研究发现了什么？

1. 树鼩TBI模型成功构建

行为学测试显示，与假手术组相比，TBI组树鼩在损伤后第1天和第7天的总运动距离均显著减少，表明TBI导致了持续的运动能力损伤。MRI影像显示，TBI组树鼩顶叶脑实质内出现斑片状高密度影（约4毫米直径），提示急性脑出血，周围伴有低密度水肿带。大体观察可见TBI组脑组织存在明显的暗红色出血灶，局部脑回结构被破坏。HE染色进一步证实，TBI组海马区部分神经元形态异常、核固缩，皮质区神经元排列紊乱、层次结构受损。这些从行为、影像到形态学的证据，共同验证了该TBI树鼩模型成功模拟了临床创伤特征。

2. TBI后树鼩脑组织和血浆中炎症因子表达水平发生改变

ELISA检测结果显示，在TBI后第7天，与假手术组相比，TBI组树鼩脑组织和血浆中的促炎因子TNF-α和IL-6水平均显著升高；而抗炎因子IL-10和IL-13的水平则显著降低。这表明，TBI后无论是局部脑组织还是全身系统，均呈现出促炎反应上调、抗炎反应下调的双向失衡特征，提示神经炎症的级联反应被激活。

3. TBI后小胶质细胞和星形胶质细胞呈现“双相激活”现象

免疫荧光染色发现，TBI组树鼩海马CA3区、DG区和PoDG区的M1型小胶质细胞标志物CD86和M2型标志物CD206的荧光信号均较假手术组显著增强，提示小胶质细胞出现了M1和M2表型的同步激活，即“双相激活”。Western Blot分析表明，TBI组星形胶质细胞A1表型标志物Serping1和A2表型标志物Ptx3的蛋白表达水平也显著上调。此外，ELISA结果发现，TBI组脑组织中A1表型相关补体C3和A2表型相关蛋白S100a10的表达水平也显著高于假手术组。这些结果共同揭示了TBI后胶质细胞极化状态的复杂性。

结论与意义

本研究成功构建了具有典型创伤性特征的树鼩TBI模型，证实了该模型在模拟人类TBI病理生理过程中的应用价值。更重要的是，研究深入揭示了TBI后神经炎症的核心环节——胶质细胞极化失衡。研究发现，小胶质细胞和星形胶质细胞均表现出促炎表型（M1和A1）与抗炎/修复表型（M2和A2）的同步激活。然而，尽管修复表型被激活，外周血中抗炎因子IL-10和IL-13的表达却显著下降，这种“脱耦联”现象表明内源性修复机制未能有效对抗神经炎症反应。

这种极化失衡可能导致一个神经毒性微环境的形成：M1型小胶质细胞持续释放TNF-α、IL-6等促炎因子，加剧继发性损伤；A1型星形胶质细胞上调Serping1和补体C3，可能加剧血脑屏障破坏、介导过度突触修剪和胶质瘢痕形成。尽管A2型星形胶质细胞标志物Ptx3和S100a10也有所增加，但其修复功能可能有限，无法有效抵消促炎反应的主导作用，最终加剧神经元损伤和神经功能缺损。

该研究不仅为TBI研究提供了一个新的、更具转化潜力的动物模型，而且将TBI后神经炎症的机制研究深入到胶质细胞极化调控的层面。研究结果提示，未来干预策略或可着眼于调控小胶质细胞向M2表型极化，或抑制星形胶质细胞向A1表型极化，从而重塑脑内免疫微环境，为开发缓解TBI后继发性脑损伤、改善神经功能的新疗法提供了重要的理论依据和实验平台。