神经胶质-血管单元中趋化因子-补体级联反应保护神经元免受非生物源纳米颗粒的神经毒性

本研究揭示了非生物源纳米颗粒(NPs)如二氧化硅和聚苯乙烯如何通过血脑屏障进入发育期大脑并引发神经毒性。研究人员发现小胶质细胞通过补体C3依赖的吞噬作用清除NPs，这一过程由血管内皮细胞释放CCL17激活星形胶质细胞CCR4信号通路所调控。该研究首次阐明了血管-胶质趋化因子-补体轴在保护发育期大脑免受环境NPs损伤中的关键作用，为理解环境污染物与神经免疫系统的相互作用提供了新视角。

　　

随着空气污染日益严重，PM_2.5等环境颗粒物对神经系统的危害引起广泛关注。其中纳米级颗粒物(NPs)因其微小尺寸可穿透血脑屏障，尤其在血脑屏障发育不完善的婴幼儿期更易造成神经损伤。虽然已有研究表明NPs与焦虑、认知障碍等神经行为异常相关，但大脑如何防御这些非生物源NPs的机制尚不清楚。

日本东京大学研究生院药学系和日本国立精神·神经医疗研究中心的研究团队在《Journal of Neuroinflammation》发表重要成果。研究人员采用出生后14天(P14)小鼠模型，通过皮下注射和经肺给药两种方式给予荧光标记的二氧化硅(25nm)和聚苯乙烯(30nm)NPs，结合免疫荧光、CRISPR-Cas9基因敲除和行为学测试等方法，首次揭示了血管-胶质单元通过趋化因子-补体级联反应保护神经元免受NPs毒性的分子机制。

关键技术包括：(1)建立P14小鼠NPs暴露模型；(2)使用Aldh1l1-gfp转基因小鼠标记星形胶质细胞；(3)通过AAV载体介导的CRISPR-Cas9实现星形胶质细胞特异性CCR4敲除；(4)采用开放场地试验(OFT)和高架十字迷宫(EPM)评估焦虑样行为；(5)同步辐射超分辨率显微镜(SpinSR10)进行三维重建分析NPs吞噬过程。

Preferential phagocytosis of non-biogenic NPs by microglia
研究发现NPs在丘脑和下丘脑区域富集，26.5%的NPs被小胶质细胞吞噬，9.5%被星形胶质细胞摄取。透射电镜显示NPs被包裹在溶酶体(LAMP1⁺)中，证实了主动吞噬过程。

C3 as an "eat-me" signal for non-biogenic NP phagocytosis
补体C3作为"吃我"信号标记NPs，小胶质细胞通过补体受体3(CR3)选择性吞噬C3⁺ NPs。CR3敲除(CR3KO)小鼠的吞噬能力显著下降，证实C3-CR3通路的关键作用。

Perivascular CCL17-CCR4 signaling and its role in astrocytic C3 upregulation
血管内皮细胞分泌的趋化因子CCL17激活星形胶质细胞CCR4受体，促进C3产生。细胞实验显示CCL17处理使星形胶质细胞C3分泌量增加2.3倍。

Enhanced microglial phagocytosis of non-biogenic NPs by C3 tagging and CCR4 activation
星形胶质细胞特异性CCR4敲除使C3表达降低61%，导致小胶质细胞对C3⁺ NPs的吞噬减少42%。血管周围星形胶质细胞的C3表达量是非血管区域的1.8倍，形成局部防御屏障。

Impact of microglial phagocytosis on neuronal cell death and anxiety-like behaviors
CCR4抑制剂C-021处理组小鼠丘脑神经元密度减少37%，在OFT中中心区域停留时间缩短52%，EPM开放臂探索时间减少61%，表明NPs暴露导致焦虑样行为。

该研究首次阐明CCL17-CCR4-C3轴是大脑防御环境NPs的关键通路。在发育期，血管内皮细胞感知NPs入侵后释放CCL17，激活血管周围星形胶质细胞CCR4，促进C3分泌并标记NPs，最终通过小胶质细胞CR3介导的吞噬作用清除有害颗粒。这一发现不仅解释了环境污染物影响神经发育的分子机制，也为预防NPs相关神经精神疾病提供了潜在干预靶点。值得注意的是，与含LPS等生物成分的PM_2.5不同，非生物源NPs通过独特的补体途径而非经典炎症通路发挥作用，这对精准评估不同污染物的健康风险具有重要指导意义。