脑脊液驱动的室管膜细胞运动纤毛缺陷在多发性硬化症中的作用机制研究

《Brain》：Cerebrospinal fluid-driven ependymal motile cilia defects are implicated in multiple sclerosis

本研究针对多发性硬化症（MS）中脑室周围病理梯度形成的机制，首次系统探讨了室管膜细胞运动纤毛在神经炎症环境中的功能异常。研究人员通过单细胞转录组测序发现MS患者室管膜细胞纤毛相关基因大规模失调，体外实验证实MS脑脊液可诱导纤毛基因表达改变和搏动频率下降，动物模型进一步验证干扰素γ（IFN-γ）是关键致病因子。研究创新性地构建Ccdc39条件性敲除小鼠模型，证实成年期纤毛功能障碍足以引起脑室扩大、小胶质细胞激活及行为学异常，为解释MS非运动症状提供了新视角。该成果发表于《Brain》，为靶向纤毛的治疗策略奠定了理论基础。

　　

在大脑的深邃水域中，脑脊液（CSF）如同一条生命之河，滋养着中枢神经系统的每个角落。这条河流的守护者——排列在脑室表面的室管膜细胞，以其顶端丛生的运动纤毛不断划动，维持着脑脊液的微循环和溶质交换。然而，在多发性硬化症（MS）这种自身免疫性中枢神经系统疾病中，脑室周围区域却呈现出独特的病理现象：从室管膜表面向脑实质深处延伸的损伤梯度提示，脑脊液中的毒性因子可能正在侵蚀这些重要的屏障细胞。

尽管既往研究已发现MS患者室管膜细胞存在反应性胶样变性（ependymagliosis）和连接蛋白表达异常，但运动纤毛——这些微小的“船桨”是否在疾病过程中受损，及其对病理发展的贡献始终成谜。发表于《Brain》的这项研究首次系统揭示了室管膜运动纤毛在MS中的关键作用，为理解脑室周围病变机制开辟了新维度。

研究人员运用多学科技术手段展开探索：通过快速尸检获取4例MS患者和4例非炎症神经系统疾病对照的脑室周围组织进行单细胞RNA测序；收集三组独立MS患者脑脊液队列（共16例）进行体外室管膜细胞培养干预；利用MOG_35-55诱导的实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型；并创新构建成年期特异性敲除Ccdc39基因的转基因小鼠模型。关键技术包括单细胞转录组分析、原代室管膜细胞培养、高速摄像纤毛搏动记录、免疫组织化学染色和行为学测试等。

Postmortem tissue analysis of ependymal cells reveals cilia alterations in multiple sclerosis

单细胞转录组分析显示，MS患者室管膜细胞中148个纤毛相关基因表达异常，其中125个显著下调，包括Ccdc39、Dnai2等原发性纤毛运动障碍（PCD）相关基因。组织学染色证实MS患者脑室壁FoxJ1蛋白表达减少且纤毛缺失比例显著升高（P=0.0107），从转录组到蛋白水平均证实纤毛系统受损。

MS CSF disrupts ependymal cilia in vitro

体外实验发现MS脑脊液处理48小时后，大鼠原代室管膜细胞出现118个纤毛基因表达改变，FoxJ1蛋白表达短暂升高（P=0.0083）但纤毛搏动频率显著下降（P=0.0333），表明MS脑脊液中含有直接破坏纤毛功能的活性成分。

Transcriptomic and in situ analyses confirm that cilia are impaired in an animal model of MS

EAE小鼠模型中，室管膜细胞61个纤毛基因表达异常，FoxJ1蛋白表达下调（P=0.0005），同时伴随脑室扩大（P=0.032），证实神经炎症环境中纤毛异常具有跨物种保守性。

IFNγ alters ependymal cilia markers and motility in vitro and in vivo

通过NicheNet配体-受体相互作用预测发现T细胞来源的IFN-γ与室管膜细胞IFNGR1存在强相互作用。体外实验中IFN-γ处理48小时导致FoxJ1表达下调（P=0.0269）和纤毛搏动频率降低（P=0.0112），小鼠脑室内注射IFN-γ同样抑制纤毛运动（P=0.0018），明确IFN-γ为关键炎症介质。

Inducible conditional knockout of Ccdc39 prompts periventricular alterations and cognitive defects in adult mice

成年小鼠室管膜细胞特异性敲除Ccdc39基因后，2周和4周出现短暂性脑室扩大（P=0.003；P=0.012），脑室周围IBA1⁺小胶质细胞密度增加（P=0.005；P=0.008），同时表现出筑巢行为缺陷（3周P=0.038，8周P=0.007），直接证明纤毛功能障碍可独立引发MS相关病理和行为改变。

研究结论指出，室管膜运动纤毛缺陷是MS病理过程的重要参与者而非旁观者。炎症环境下纤毛基因表达呈现动态变化：急性期可能通过上调基因表达代偿功能损失，慢性期则出现不可逆损伤。这种缺陷可能通过破坏脑脊液-脑实质界面微环境，加剧毒性物质积聚，最终导致脑室周围损伤和行为学异常。该研究不仅为MS脑室周围病变机制提供了新解释，也为开发针对纤毛功能的治疗策略奠定了理论基础，对理解神经炎症疾病中脑脊液循环障碍及相关认知症状具有重要意义。