少突胶质前体细胞自噬受损通过衰老相关信号通路抑制神经元可塑性

本文推荐脑衰老认知衰退机制研究：研究人员针对OPCs在衰老中的非髓鞘化功能展开研究，发现自噬缺陷通过诱导OPCs衰老，激活CCL3/CCL5-CCR5信号通路，进而抑制谷氨酸能传递、神经元兴奋性和LTP，最终加剧认知衰退。该研究揭示了OPCs在脑衰老中独立于髓鞘化的新作用，为干预衰老相关认知障碍提供了新靶点。

　　

衰老是驱动成年大脑认知功能衰退的关键因素，但其具体机制仍不明确。以往研究将少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte precursor cells, OPCs）的分化和再生能力受损与脑衰老联系起来，然而OPCs是否通过独立于髓鞘化的功能参与脑衰老仍属未知。近年来，科学家们注意到OPCs除了作为髓鞘形成细胞的来源外，还通过分泌可溶性因子、吞噬突触和轴突以及与其他神经元形成真正的突触等方式，在维持成年脑网络中扮演重要角色。这些发现提示，OPCs可能通过非髓鞘化的机制影响神经元功能和认知行为，但这一假设在衰老背景下的验证仍然缺乏。与此同时，巨自噬（macroautophagy，以下简称自噬）作为一种高度保守的细胞内降解过程，与多种器官的衰老和寿命密切相关。自噬流在衰老大脑的不同类型细胞（如神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞）中均呈现下降趋势，但其在衰老OPCs中的变化及其功能后果尚待阐明。

为了回答这些问题，研究人员在《SCIENCE ADVANCES》上发表了他们的最新研究成果。他们发现，衰老大脑中的OPCs确实存在自噬流下降的现象。通过特异性敲除OPCs中的自噬关键基因Atg7，他们证实自噬失活会促使OPCs加速衰老，进而激活CCL3/CCL5-CCR5信号通路。这条通路的异常激活会损害谷氨酸能传递、神经元兴奋性和长时程增强（Long-term potentiation, LTP），最终加剧衰老大脑的认知衰退。这项研究不仅揭示了OPCs在脑衰老中独立于髓鞘化的新作用，还鉴定出OPCs中自噬下降是驱动衰老相关认知衰退的关键因素，为干预年龄相关性认知障碍提供了新的潜在靶点。

本研究综合运用了条件性基因敲除小鼠模型（包括NG2-Cre、NG2-CreERT2和PDGFRα-CreERT2系统）、电生理记录（检测sEPSCs、sIPSCs、sAPs、eAPs和LTP）、免疫荧光染色与成像分析、透射电子显微镜（TEM）观察髓鞘超微结构和突触密度、RNAscope原位杂交技术、细胞因子阵列分析、原代OPCs培养与条件培养基处理、以及一系列行为学测试（包括新物体识别、物体位置识别和莫里斯水迷宫）。此外，研究还采用了衰老分子标志物（如P16^INK4A、P21和SA-β-gal）的检测、senolytic药物（Dasatinib + Quercetin）处理、以及CCR5拮抗剂Maraviroc（MVC）的干预实验来验证机制。

自噬流在衰老大脑的OPCs中下降

研究人员首先通过免疫染色发现，26月龄老年小鼠海马和皮层OPCs中自噬受体P62的强度显著增加，表明自噬流随衰老而下降。不仅在OPCs中，CC1⁺的少突胶质细胞（OLs）中也观察到类似现象。

自噬失活导致OPCs呈现早衰样形态

Sholl分析显示，OPCs在衰老过程中形态发生改变，26月龄小鼠的OPCs表现出更多分支和突起。通过他莫昔芬诱导的NG2-CreERT2系统特异性敲除成年OPCs中的Atg7基因后，12月龄的突变小鼠OPCs就已呈现出与26月龄对照组相似的复杂形态，表明自噬缺陷导致OPCs过早地呈现衰老样形态。

OPCs中自噬失活损害神经元可塑性

电生理记录发现，在中年Atg7条件敲除小鼠（cKO^NGC和cKO^NGCE）中，海马CA1锥体神经元的自发兴奋性突触后电流（sEPSCs）频率降低，而自发抑制性突触后电流（sIPSCs）无变化。神经元自发放电频率（sAPs）也降低，但诱发动作电位（eAPs）无显著改变。进一步分析微型兴奋性突触后电流（mEPSCs）发现频率降低而振幅不变，提示存在突触前机制。长时程增强（LTP）被抑制，配对脉冲 facilitation（PPR）减少，表明突触前递质释放概率降低。

自噬失活导致脱髓鞘和神经变性

透射电镜分析显示，中年cKO^NGCE小鼠海马CA1和胼胝体的髓鞘化轴突比例下降，g比值（轴突直径与有髓纤维总直径之比）增加，尤其是在较大轴突中。同时观察到更多退化的轴突（特征为暗色轴质挤满线粒体、溶酶体或神经丝，以及受损或空的髓鞘）、突触密度降低和突触素（SYN）水平下降。

自噬缺陷促进OPCs衰老

在细胞水平，敲低OLN-93细胞（一种OPC样细胞系）的ATG7或用H₂O₂诱导衰老后，衰老标志物P21表达上调。在体实验证实，中年cKO^NGCE和老年cKO^PαCE小鼠的海马和胼胝体中，表达P21、P16^INK4A和SA-β-gal的衰老OPCs显著积累，而小胶质细胞和OLs的衰老比例变化不显著。

Senolytic治疗挽救受损的神经元可塑性和认知缺陷

用senolytic药物Dasatinib和Quercetin（D+Q）处理中年cKO^NGCE小鼠后，衰老OPCs的积累减少，受损的谷氨酸能传递、LTP和PPR得以挽救。神经变性指标（如SYN强度和突触密度）也恢复正常。行为学测试表明，D+Q治疗挽救了小鼠在新物体识别、物体位置和水迷宫任务中的认知缺陷。

自噬失活通过上调CCL3/5损害神经元可塑性

细胞因子阵列分析发现，自噬缺陷的OPCs中CCL3和CCL5蛋白水平上调。RNAscope原位杂交证实cKO^PαCE小鼠OPCs中Ccl3和Ccl5 mRNA增加。单细胞RNA测序（scRNA-seq）重分析数据表明，衰老OPCs中Ccl3转录上调。用抗CCL3和抗CCL5抗体中和这些细胞因子后，cKO^PαCE小鼠脑片的电生理缺陷得以快速逆转。

抑制CCR5挽救受损的神经元可塑性和认知缺陷

Western blot和免疫染色显示cKO^NGCE小鼠脑中CCR5水平增加，且主要表达于谷氨酸能神经元。用CCR5拮抗剂Maraviroc（MVC）处理脑片可快速挽救电生理表型。长期腹腔注射MVC能挽救cKO^NGCE小鼠的突触丢失和认知缺陷。

衰老OPCs来源的CCL3/5通过CCR5抑制神经元可塑性

用H₂O₂诱导原代OPCs衰老后，其条件培养基（H₂O₂-CM）可抑制年轻成年小鼠脑片的sEPSCs频率和神经元放电，该效应可被抗CCL3/CCL5抗体或MVC阻断。

研究结论和讨论部分强调，这项工作揭示了一种驱动衰老相关认知衰退的新机制：OPCs中自噬随年龄增长而下降，进而通过细胞自主性方式促进OPCs衰老。衰老的OPCs上调并分泌CCL3和CCL5，这些细胞因子通过激活神经元上的CCR5受体，损害谷氨酸能传递、神经元兴奋性和LTP，最终导致认知功能衰退。这一发现的重要意义在于：首先，它揭示了OPCs在脑衰老中独立于髓鞘化的全新功能，扩展了对OPCs多样性的认识；其次，它将自噬、细胞衰老和化学因子信号通路联系起来，为理解脑衰老的分子机制提供了整合视角；最后，研究证实通过senolytic清除衰老OPCs或阻断CCL3/CCL5-CCR5通路均可挽救认知缺陷，这为治疗年龄相关性认知障碍提供了新的潜在策略（如使用FDA已批准的CCR5拮抗剂Maraviroc）。值得注意的是，自噬在调控衰老中的作用具有细胞类型特异性，本研究明确了其在OPCs中扮演抗衰老角色。未来研究需进一步阐明自噬如何精确调控OPCs的衰老进程，以及CCL3/CCL5-CCR5通路是否也参与其他神经系统退行性疾病。总之，这项研究确立了衰老OPCs及其分泌组作为脑衰老的关键驱动因素，为开发针对衰老细胞的新型治疗策略奠定了坚实基础。