巨噬细胞在周围神经病变中的神经保护作用：肥胖与糖尿病的新探索

　　

巨噬细胞在周围神经病变中的神经保护作用：肥胖与糖尿病的新探索

在医学研究领域，哈佛大学医学院神经生物学系（Department of Neurobiology, Harvard Medical School）和波士顿儿童医院 F.M. Kirby 神经生物学中心（F.M. Kirby Neurobiology Center, Boston Children’s Hospital）等机构的研究人员取得了一项重要成果。他们在顶尖学术期刊《Nature》上发表了题为 “Macrophages protect against sensory axon loss in peripheral neuropathy” 的论文，这一研究成果为理解周围神经病变的发病机制和治疗策略开辟了新的方向，在糖尿病及其并发症相关研究领域具有重要意义。

一、研究背景：肥胖、糖尿病与周围神经病变的关联困境

随着全球肥胖率的攀升，2 型糖尿病（Type 2 diabetes）已成为一个日益严重的公共健康问题。2 型糖尿病常伴有多种并发症，其中周围神经病变（Peripheral neuropathy）尤为常见，且与肥胖密切相关。据统计，约 50% 的 2 型糖尿病患者会发展为糖尿病周围神经病变（Diabetic Peripheral Neuropathy, DPN） ，而 30 - 40% 的 DPN 患者会遭受神经病理性疼痛的折磨。这种疼痛表现为在神经支配缺失区域的自发疼痛，严重影响患者的生活质量。

以往研究表明，糖尿病周围神经病变的发生和发展与血脂异常、高血糖等因素有关，但炎症在其发病机制中的作用却一直未得到深入研究。此外，虽然轴突损伤后的神经免疫反应已有所研究，但免疫细胞在糖尿病周围神经病变中对轴突变性和疾病进展的影响尚不明确。在这样的背景下，探究神经免疫相互作用在周围神经病变早期阶段的作用机制显得尤为重要，这不仅有助于揭示疾病的发病根源，还可能为开发新的治疗方法提供理论依据。

二、研究方法：多技术联用的精准探索

为了深入研究神经免疫相互作用在周围神经病变中的作用，研究人员采用了一系列先进的技术方法。

（一）动物模型构建

研究人员选用 C57BL/6J 小鼠作为实验对象，构建了饮食诱导的肥胖、前驱糖尿病和代谢综合征小鼠模型。给野生型（WT）雄性小鼠喂食高脂肪、高果糖饮食（High-Fat, High-Fructose Diet, HFHFD），该饮食中 60% 的千卡热量来自猪油，并补充高果糖水（42g/L D-(?)-fructose），而对照组小鼠则喂食低脂对照饮食（Control Diet, CD）并饮用普通水。通过这种方式，模拟人类高卡路里食物摄入和肥胖状态，以研究其对周围神经病变的影响。

（二）行为学检测

利用多种行为学检测方法评估小鼠的神经功能变化。例如，采用 von Frey 试验检测小鼠对无害机械刺激的反应（即机械性异常疼痛，Allodynia），通过逐渐增加 von Frey 纤维的压力，观察小鼠的退缩反应，以确定其 50% 退缩阈值；使用 Hargreaves 试验评估小鼠对有害热刺激的反应（即热痛觉减退，Heat Hypoalgesia），通过聚焦热光源照射小鼠足底，记录小鼠的缩爪潜伏期；通过热梯度环试验（Thermal Gradient Ring）评估小鼠的热偏好，记录小鼠在不同温度区域的停留时间，以此来判断小鼠的热敏感性变化。

（三）细胞和分子生物学技术

运用荧光激活细胞分选（Fluorescence-Activated Cell Sorting, FACS）技术，从后爪皮肤和坐骨神经中分离出 CD45 + 免疫细胞，再结合单细胞测序（Single-Cell Sequencing）分析免疫细胞的组成和基因表达变化，确定不同免疫细胞群体的特征。同时，利用定量逆转录聚合酶链反应（Quantitative Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction, RT-qPCR）检测相关基因的表达水平，如 Ccl2、Lgals3 和 Trem2 等，以了解基因表达的动态变化。此外，通过免疫组织化学染色（Immunohistochemistry）和皮肤表皮神经纤维密度（Intraepidermal Nerve Fibre Density, IENFD）分析，观察神经纤维的形态和密度变化，评估神经损伤程度。具体操作是对小鼠后爪足底皮肤进行免疫染色，标记神经纤维相关蛋白，如 PGP9.5 和 CGRP，然后在显微镜下观察并计数神经纤维数量，计算 IENFD 值。

三、研究结果：巨噬细胞在周围神经病变中的复杂角色

（一）HFHFD 导致周围神经病变

研究发现，喂食 HFHFD 的小鼠在 8 周时开始出现对无害机械刺激的疼痛样行为（机械性异常疼痛），12 周时出现对有害热刺激的反应性降低（热痛觉减退）。通过热梯度环试验进一步证实，这些小鼠对热区域的耐受性增加，对冷区域的回避增多。在皮肤神经纤维方面，12 周时小鼠的皮肤 IENFD 未出现明显变化，但 24 周时出现了终末轴突变性，尤其是皮肤表皮中的降钙素基因相关肽（Calcitonin Gene-Related Peptide, CGRP） + 纤维发生退化。这表明 HFHFD 可导致小鼠出现肥胖、前驱糖尿病变化以及感觉神经病变，模拟了临床 2 型糖尿病的多个特征。研究人员还发现，Sarm1 基因敲除（Sarm1-KO）小鼠在喂食 HFHFD 后，虽然体重增加与 WT 小鼠相似，但 24 周时皮肤表皮纤维丢失较轻，且 12 周时未出现热痛觉减退，不过 8 周时出现的机械性异常疼痛在 24 周时并未像 WT 小鼠那样缓解。这说明热敏感性丧失和皮肤轴突变性与 Sarm1 基因相关，而机械性异常疼痛的恢复可能与晚期机械敏感轴突终末的变性有关。

（二）HFHFD 增加神经巨噬细胞

为了探究神经免疫相互作用对周围神经病变的影响，研究人员在小鼠喂食 HFHFD 12 周后，对其免疫细胞进行分析。此时小鼠已出现热痛觉减退，但尚未观察到轴突终末变性。通过单细胞测序，研究人员在坐骨神经中鉴定出 13 种免疫细胞簇，包括不同类型的巨噬细胞、树突状细胞、T 细胞等。其中，喂食 HFHFD 的小鼠坐骨神经中招募的巨噬细胞（recruited macrophages, recMacs）数量显著增加，同时坐骨神经常驻巨噬细胞（resident macrophages, resMacs）数量相对减少。进一步研究发现，resMacs 在 HFHFD 刺激下会上调许多趋化因子，如 CCL3 和 CCL8，基因本体通路分析表明趋化通路在 resMacs 中被激活，这意味着 resMacs 可能通过分泌趋化因子招募 recMacs。通过 CCL2 - RFP 报告小鼠实验证实，CCL2 由 resMacs 产生，且其表达在 12 周时开始增加。在皮肤和背根神经节中，研究人员未发现免疫细胞浸润的证据，这表明巨噬细胞浸润到神经中是一种组织特异性的免疫改变，可能与神经局部的变化有关。

（三）常见的神经免疫反应

为了比较喂食 HFHFD 小鼠周围神经中招募的巨噬细胞与轴突损伤后招募的巨噬细胞的异同，研究人员将相关数据集进行整合分析。结果发现，两者包含相似的细胞类型，且 recMacs 在 HFHFD 和神经损伤后均表达神经退行性疾病相关的小胶质细胞基因标记，如 Trem2 和 Lgals3。此外，研究人员还发现许多在 recMacs 和 resMacs 群体中差异表达的基因，这些基因涉及损伤响应、脂质摄取和神经再生等过程。通过坐骨神经挤压实验和 RT - qPCR 验证，证实了这些基因在不同条件下的表达变化，表明巨噬细胞在不同损伤情况下可能具有相似的神经保护作用。

（四）巨噬细胞延缓神经病变的发生

为了验证巨噬细胞在周围神经病变中的作用，研究人员进行了一系列功能实验。给 Ccr2 基因敲除（Ccr2-KO）小鼠喂食 HFHFD，结果显示其坐骨神经中 LY6ChiCd64 + recMacs 的数量减少，且与年龄匹配的 WT 小鼠相比，Ccr2-KO 小鼠表现出更严重的热痛觉减退和更早的终末轴突神经病变（3 个月时就出现明显的 IENFD 降低，而 WT 小鼠在 6 个月时才出现类似变化）。使用 CCR2 和 CCR5 抑制剂 cenicriviroc（CVC）处理喂食 HFHFD 8 周后的小鼠，也得到了类似的结果，即 CVC 处理的小鼠出现更严重的热痛觉减退和更早的轴突丢失。此外，研究人员发现 Lgals3 基因敲除（Lgals3-KO）小鼠在喂食 HFHFD 12 周后，虽然体重增加与 WT 小鼠相同，但热痛觉减退更严重，且出现了可检测到的 IENFD 损失，而其巨噬细胞招募情况与 WT 小鼠相似。这些结果表明，CCR2 依赖的巨噬细胞招募通过 Gal - 3（Lgals3 编码的蛋白）减少了行为感觉丧失的严重程度，并延缓了皮肤轴突变性的进展，阻断巨噬细胞招募会加速周围神经病变的发生，而促进和维持这种招募或通过 Gal - 3 信号传导则具有神经保护作用。

四、研究结论与讨论：开启周围神经病变治疗新征程

在这项研究中，研究人员通过饮食诱导的肥胖和前驱糖尿病小鼠模型，发现巨噬细胞在周围神经病变中起着神经保护作用。巨噬细胞在疾病早期就浸润到完整的周围神经中，其表达谱与神经退行性疾病相关的髓样细胞相似，并且通过 Gal - 3 延缓了终末轴突变性的发生。在 HFHFD 模型中，机械性异常疼痛在疾病早期出现，但 6 个月时会缓解；热痛觉减退在轴突终末变性可检测到之前就已出现，且与 Sarm1 基因相关。

以往研究对巨噬细胞在糖尿病和胰岛素抵抗中的作用存在争议，部分研究认为其具有致病作用，而本研究表明，在周围神经病变中，早期招募到神经中的巨噬细胞具有保护作用。这一发现为理解糖尿病周围神经病变的发病机制提供了新的视角，也为开发治疗周围神经病变的新策略提供了理论依据。例如，未来的研究可以进一步探索如何增强巨噬细胞的神经保护功能，或者寻找调节 Gal - 3 信号通路的方法，以延缓或预防周围神经病变的发生。此外，由于巨噬细胞在不同疾病状态下的神经保护作用具有相似性，研究人员还可以探究这种保护机制是否在其他非代谢性周围神经病变（如化疗诱导的神经病变）中也存在，这将有助于拓展研究成果的应用范围，为更多患者带来希望。总之，这项研究成果不仅加深了我们对周围神经病变的认识，还为后续的研究和治疗提供了重要的方向，具有重要的科学意义和临床应用价值。