创伤性脑损伤后星形胶质细胞持续活化一年：从炎症到神经退行性的动态转变

《Communications Biology》：Astrocyte activation persists one year after TBI: a dynamic shift from inflammation to neurodegeneration

创伤性脑损伤（TBI）是导致慢性神经功能障碍的主要原因，但其长期神经退行性变的细胞机制尚不完全清楚。本研究通过免疫组织化学和RNA测序技术，纵向分析小鼠TBI后急性期（2天）、亚急性期（2周）和慢性期（1年）星形胶质细胞的形态和转录状态。研究发现星形胶质细胞激活并非短暂存在，而是持续至伤后一年，并经历从促炎状态向神经退行性状态的动态转变。慢性期星形胶质细胞表达阿尔茨海默病和帕金森病相关基因，同时部分星形胶质细胞源性祖细胞仍保持神经生成潜能。这些发现揭示了星形胶质细胞在TBI后慢性神经退行性变中的潜在作用，为靶向星形胶质细胞的治疗策略提供了新思路。

　　

创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury, TBI）是全球范围内导致死亡和长期残疾的主要原因之一，幸存者常出现慢性神经精神疾病，甚至增加罹患阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）和帕金森病（Parkinson’s Disease, PD）等神经退行性疾病的风险。尽管TBI的病理生理过程涉及急性机械损伤后的继发性炎症反应，但针对神经炎症的治疗策略在临床试验中效果有限，部分原因在于对神经炎症的时间动态和细胞特异性作用理解不足。星形胶质细胞作为中枢神经系统中最丰富的胶质细胞，在维持神经稳态、调节血脑屏障完整性和突触功能中发挥关键作用。TBI后，星形胶质细胞发生反应性转化，表现出形态、分子和功能的改变。然而，这种反应性星形胶质细胞具有双重角色：一方面通过释放兴奋性毒素、活性氧和促炎因子加剧神经损伤，另一方面又通过支持神经发生、神经血管重塑和瘢痕形成促进修复。这种复杂性使得靶向星形胶质细胞的治疗策略面临挑战，尤其是在TBI慢性阶段，星形胶质细胞的反应动态及其在长期神经退行性变中的作用尚不明确。

为填补这一空白，研究人员利用可控皮质撞击（Controlled Cortical Impact, CCI）小鼠模型，通过免疫组织化学和高通量RNA测序（RNA-seq）技术，纵向分析了TBI后急性期（2天）、亚急性期（2周）和慢性期（1年）星形胶质细胞的转录组变化。研究发现，星形胶质细胞的激活持续至伤后一年，并经历从早期促炎状态向慢性神经退行性状态的动态转变。同时，部分星形胶质细胞源性祖细胞在伤后一年仍保持神经生成潜能，表达与神经发生相关的标志物。这些发现不仅揭示了星形胶质细胞在TBI后慢性神经退行性变中的潜在作用，也为通过靶向星形胶质细胞亚型和时间窗口开发治疗策略提供了新见解。该研究发表于《Communications Biology》期刊。

研究采用的关键技术方法包括：通过可控皮质撞击（CCI）建立小鼠TBI模型；利用荧光激活细胞分选（FACS）分离星形胶质细胞和神经干细胞；采用RNA测序（RNA-seq）进行转录组分析；使用免疫组织化学和免疫荧光染色评估星形胶质细胞激活和标志物表达；通过基因集富集分析（GSEA）和 ingenuity 通路分析（IPA）识别差异表达基因和信号通路；利用流式细胞术检测神经干细胞表面标志物。

星形胶质细胞激活持续至TBI后一年

通过免疫组织化学分析，研究发现CCI损伤后，同侧大脑半球的皮质星形胶质细胞在急性期、亚急性期和慢性期均呈现显著激活，表现为GFAP（胶质纤维酸性蛋白）阳性细胞数量增加、细胞体肿胀或拉伸。

TBI后星形胶质细胞转录组特征

RNA-seq分析显示，急性期TBI星形胶质细胞转录组呈现促炎特征，包括炎症反应、干扰素-α（IFN-α）和干扰素-γ（IFN-γ）响应、TNFα信号通路、补体激活、活性氧生成和凋亡通路显著富集。同时，细胞增殖相关通路（如E2F信号）也被激活。慢性期星形胶质细胞转录组则表现为神经退行性特征，包括活性氧、氧化磷酸化、糖酵解、脂肪酸代谢和mTOR信号通路富集，并上调阿尔茨海默病和帕金森病相关基因（如Apoe、Bin1、Mapt）。

星形胶质细胞转录组：从炎症到神经退行性的动态转变

亚急性期星形胶质细胞转录组呈现炎症与神经退行性混合特征，促炎基因表达下降，而神经退行性相关基因（如C1qa、Trem2、Spp1）上调。慢性期进一步富集轴突发生、树突发育、神经元包裹和突触组织等通路，同时神经退行性相关基因（如App、S1pr1）表达逐步增加。免疫荧光染色显示，淀粉样前体蛋白（APP）在慢性期星形胶质细胞中积累增加。

慢性TBI星形胶质细胞转录组与神经退行性疾病重叠

慢性TBI星形胶质细胞转录组与阿尔茨海默病、帕金森病、癫痫、衰老和肌萎缩侧索硬化等疾病的星形胶质细胞基因表达谱存在显著重叠，共同上调基因包括Gfap、Kcnj10、S100a1、Ntrk2和Mapt。

星形胶质细胞源性祖细胞在慢性TBI中保持神经再生功能

流式细胞术和免疫荧光染色显示，慢性TBI小鼠损伤周围区域存在GFAP、EAAT2（星形胶质细胞标志物）与Tuj1（神经元标志物）共定位，以及GFAP与Nestin（神经干细胞标志物）共定位的细胞。CD45-GLAST（ACSA1）+PROM1+神经干细胞表达更高水平的EGFR、CXCR4和SOX2，并上调与神经发生相关的基因（如Bdnf、Pcdh11x）。

研究结论表明，TBI诱导的星形胶质细胞反应具有时间动态性和多面性，从急性期的促炎状态逐步转变为慢性期的神经退行性状态。慢性期星形胶质细胞表达与阿尔茨海默病和帕金森病相关的基因，同时部分星形胶质细胞源性祖细胞保持神经生成潜能。这些发现揭示了星形胶质细胞在TBI后慢性神经退行性变中的双重作用，既参与神经退行性进程，又尝试通过适应性反应促进修复。靶向这些动态变化的星形胶质细胞状态，可能为改善TBI后长期预后提供新的治疗策略。