血清壳三糖苷酶（CHIT1）与多发性硬化脑内慢性活动性病灶边缘活化胶质细胞的相关性研究

《Annals of Neurology》：Serum Chitotriosidase Links to Activated Glia at Chronic Active Lesion Rims in Multiple Sclerosis Brain

摘要专业翻译 目的：本研究旨在探讨多发性硬化（multiple sclerosis, MS）患者中，18 kDa转位蛋白（translocator protein, TSPO）正电子发射断层扫描（positron emission tomography, PET）可测量的胶质细胞活化与血清壳三糖苷酶（chitotriosidase, CHIT1）之间的关联，并评估其在MS死后脑组织中的表达情况。 方法：在这项横断面研究中，89例MS患者（19例进展型MS [progressive MS, PMS]和70例复发缓解型MS [relapsing–remitting MS, RRMS]）及16例年龄和性别匹配的健康对照（healthy controls, HCs）接受了[11C]PK11195 TSPO-PET检查。采用酶联免疫吸附试验（enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）测定血清CHIT1浓度。根据[11C]PK11195在病灶中心和边缘的结合情况，将T1加权低信号病灶表型分为边缘活跃型、整体活跃型或非活跃型。采用Spearman相关分析评估CHIT1与研究变量之间的关联。通过免疫组织化学方法以及重新分析空间转录组学、单核RNA测序（single-nucleus RNA-sequencing, snRNA-seq）和伪批量RNA测序（pseudobulk RNA-sequencing）数据集，评估死后CHIT1和TSPO的表达。 结果：在根据MS患者中CHIT1浓度中位数（22.1 ng/ml）划分的探索性CHIT1高值队列中，CHIT1与边缘活跃型病灶的数量（ρ = 0.33，95%置信区间[confidence interval, CI] = 0.01–0.58，p = 0.038）、体积（ρ = 0.39，95% CI = 0.08–0.63，p = 0.013）和百分比（ρ = 0.31，95% CI = 0.003–0.57，p = 0.046）呈正相关，并与T1加权病灶周围区域的TSPO结合（ρ = 0.36，95% CI = 0.05–0.61，p = 0.020）呈正相关。在MS患者队列中，CHIT1与胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP；ρ = 0.23，95% CI = 0.003–0.44，p = 0.042）和神经丝轻链（neurofilament light chain, NfL；ρ = 0.26，95% CI = 0.03–0.46，p = 0.022）相关。空间转录组学显示，活动性病灶和慢性活动性病灶边缘的CHIT1表达显著高于白质（white matter, WM）（ANOVA p < 0.0001；事后多重比较分析p < 0.0001）。 解读：高血清CHIT1与TSPO-PET识别的慢性活动性病灶的存在相关。血清CHIT1作为MS脑内慢性活动性病灶边缘伴随的有害胶质细胞活化的潜在生物标志物的效用值得进一步验证。ANN NEUROL 2026

论文解读

研究背景与科学问题

多发性硬化（multiple sclerosis, MS）是一种中枢神经系统的慢性炎性脱髓鞘疾病，其疾病进展机制复杂，其中胶质细胞在推动疾病进展中扮演关键角色。随着靶向小胶质细胞的进展修饰疗法研发的推进，识别具有高“冒烟性炎症”（smoldering inflammation）负担的患者对于个体化治疗至关重要。18 kDa转位蛋白正电子发射断层扫描（TSPO-PET）和铁敏感磁共振成像（MRI）序列能够反映慢性活动性病灶中的炎性胶质细胞活化，这些影像学特征与冒烟性MS或“独立于复发活动的进展”（progression independent of relapse activity, PIRA）相关。胶质纤维酸性蛋白（GFAP）和神经丝轻链（NfL）分别反映星形胶质细胞活化和神经轴突损伤，是PIRA的预后标志物。然而，目前尚缺乏经过验证的、能特异性指示髓系细胞（尤其是小胶质细胞）活化的体液生物标志物。

壳三糖苷酶（chitotriosidase, CHIT1）是18-糖基水解酶家族成员，是活化巨噬细胞的标志物，也在中性粒细胞和其他吞噬细胞的颗粒中表达。在慢性炎症和组织重塑疾病（如戈谢病、类风湿关节炎、结节病等）中CHIT1水平升高。在伴有小胶质细胞活化的神经系统疾病（如肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病和MS）中，脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）中CHIT1升高，而血液中的结果尚不明确。在MS中，神经病理学评估显示，活动性脱髓鞘病灶中的吞噬性CD68⁺小胶质细胞和巨噬细胞表达CHIT1，而非GFAP⁺星形胶质细胞。单细胞转录组学和伪时间轨迹分析揭示CHIT1主要在小胶质细胞中表达，并与稳态小胶质细胞向活化的MS相关表型转变相关。CHIT1已被证实在慢性活动性病灶边缘上调，该处活化的小胶质细胞/巨噬细胞吞噬髓鞘。近期利用MS患者CSF样本的研究表明，CHIT1与疾病进展的纵向指标（包括年龄相关MS严重程度评分[ARMSS]和扩展残疾状态量表[EDSS]）相关。然而，关于CSF与血液CHIT1水平关联的数据仍然有限且不一致，且很少有研究评估血清CHIT1作为MS生物标志物的潜在价值。目前仍不清楚血清CHIT1是否与慢性活动性病灶相关，因此能否作为特异性反映中枢神经系统（central nervous system, CNS）区室化冒烟性炎症的体液标志物。

研究设计与主要方法

研究人员开展了一项横断面研究，从芬兰图尔库大学医院临床神经科学门诊招募了2009年至2022年期间的89例MS患者（复发缓解型MS [RRMS] n=70，继发进展型MS [SPMS] n=16，原发进展型MS [PPMS] n=3）和16例年龄和性别匹配的健康对照（HCs）。所有受试者接受了[¹¹C]PK11195 TSPO-PET和MRI检查，并在影像检查后6个月内采集血液样本。血清CHIT1浓度采用酶联免疫吸附试验（ELISA）测定，血清GFAP和NfL浓度采用单分子阵列（Simoa）技术测定。研究人员还利用死后MS脑组织样本，通过免疫组织化学方法评估CHIT1和TSPO的蛋白表达，并重新分析了多个公开的空间转录组学、单核RNA测序（snRNA-seq）和伪批量RNA测序数据集，以表征CHIT1和TSPO的基因表达模式。

研究结果

TSPO-PET研究队列的特征：MS患者和HCs均以女性为主。进展型MS（PMS）患者年龄更大、病程更长、EDSS评分更高。PMS患者的正常表现白质（NAWM）和丘脑体积更小，病灶负荷更高，脑、NAWM和丘脑的分布容积比（DVR）更高。PMS患者中TSPO-PET活动性病灶更为常见，边缘活跃型和整体活跃型病灶的中位数量和体积均显著高于RRMS患者。

MS患者和HCs的生物标志物浓度及血清生物标志物间的相关性：PMS患者血清CHIT1浓度高于RRMS患者（中位数27.9 vs 18.9 ng/ml，p=0.035），但MS患者与HCs之间无显著差异（22.1 vs 19.8 ng/ml，p=0.71）。经年龄调整后，RRMS与PMS之间的差异不再具有统计学显著性。在所有MS患者中，CHIT1与GFAP（ρ=0.23，p=0.042）和NfL（ρ=0.26，p=0.022）呈正相关。在RRMS队列中，CHIT1与NfL呈正相关（ρ=0.32，p=0.009）。

CHIT1与临床和MRI指标的关系：在CHIT1高值队列中，较高的CHIT1与较高的EDSS相关（ρ=0.37，p=0.017），但该相关性在年龄调整后不再显著。CHIT1与总体MS和CHIT1高值队列中的人口统计学、临床或MRI参数（包括病灶体积或其他体积测量指标）无相关性。CHIT1浓度在有无钆增强病灶的患者之间或活动性与非活动性RRMS患者之间无显著差异。

CHIT1与TSPO-PET指标的关系：在CHIT1高值亚队列中，CHIT1与边缘活跃型病灶的数量（ρ=0.33，p=0.038）、体积（ρ=0.39，p=0.013）和百分比（ρ=0.31，p=0.046）呈正相关。此外，CHIT1还与较高的NAWM DVR（ρ=0.32，p=0.039）和较高的T1病灶周围区域DVR（ρ=0.36，p=0.020）相关。除NAWM DVR外，这些相关性在年龄调整后均保持显著。在总体MS、CHIT1低值或单独的RRMS和PMS队列中均未观察到这些相关性。

活动性MS病灶和慢性活动性病灶边缘CHIT1和TSPO的转录组表达：空间转录组学分析显示，活动性病灶和慢性活动性病灶边缘的CHIT1表达显著高于白质，而在慢性非活动性、髓鞘再生和正常表现的非病灶MS脑组织中几乎不表达。相比之下，TSPO表达并不特异于病灶，而是分布于整个组织样本中。细胞类型去卷积分析显示，在活动性和慢性活动性病灶中，CHIT1表达与斑点水平的髓系细胞比例呈正相关。在另一个数据集中，CHIT1在活动性病灶和慢性活动性病灶中的表达均高于对照白质。在另一数据集中，CHIT1在活动性病灶核心和慢性活动性病灶边缘的logFC值均高于其他髓系标志物（包括CD68、TREM2、TYROBP、HEXB和LYZ）。CHIT1表达特异于MS炎症性小胶质细胞（microglia inflamed in MS, MIMS）-泡沫细胞，而TSPO也在其他髓系（但非淋巴）亚簇中检测到。在MIMS-泡沫细胞中，CHIT1和TSPO表达水平呈正相关（r=0.5，p=0.04）。在更大数据集中，CHIT1阳性小胶质细胞中CHIT1和TSPO在病灶组织和所有组织样本中均呈正相关。

CHIT1在小胶质细胞中的表达高于CSF和血液单核细胞：伪批量RNA分析显示，CHIT1在脑小胶质细胞中的表达高于CSF或血液单核细胞。在脑和CSF中的B细胞和浆母细胞中也检测到较低水平的CHIT1表达，但血液中未检测到。相比之下，TSPO在外周单核细胞中的表达相对高于小胶质细胞。

活动性和慢性活动性病灶中髓系细胞CHIT1的免疫组织化学表达：组织病理学显示，活动性病灶在整个病灶区域有大量髓系细胞，而慢性活动性病灶在病灶边缘显示髓系细胞环，病灶中心细胞减少。双标和三标免疫组织化学显示，活动性病灶中心和慢性活动性病灶边缘存在大量TSPO⁺/CD68⁺髓系细胞。此外，在活动性病灶核心和邻近白质中的星形胶质细胞中也检测到TSPO。研究人员观察到活动性病灶核心和慢性活动性病灶边缘的髓系细胞中有CHIT1表达；然而，活动性病灶和慢性活动性病灶边缘中CHIT1⁺/CD68⁺髓系细胞的密度明显低于CD68⁺/TSPO⁺髓系细胞。

讨论与结论

研究人员探讨了MS患者血清CHIT1与脑区固有免疫细胞活化之间的关系，并表征了死后MS脑组织中的CHIT1表达。血清CHIT1与TSPO-PET边缘活跃型病灶的存在相关，后者被认为是慢性活动性病灶最接近的影像学代表。在蛋白和RNA水平上，CHIT1均在炎性MS病灶内的髓系细胞中表达。CHIT1和TSPO在小胶质细胞中的共表达进一步证明了CHIT1、TSPO与冒烟性病理之间的联系。

研究证实MIMS-泡沫细胞——一种参与吞噬和清除髓鞘的功能障碍型小胶质细胞——是MS组织中主要的CHIT1表达细胞群。CHIT1在稳态小胶质细胞、血管周围巨噬细胞以及MIMS-铁细胞中几乎不表达，与其在向活化的MS相关小胶质细胞表型转变过程中已知的上调一致。CHIT1表达在慢性活动性和活动性病灶中被检测到，空间转录组学揭示其表达定位于慢性活动性病灶边缘和整个活动性病灶，而在慢性非活动性病灶中几乎不表达。

尽管研究结果并未建立慢性活动性病灶相关胶质细胞活化与血清CHIT1之间的机制联系，但血清CHIT1与边缘活跃型病灶的体积、比例和数量持续相关，而与非活动性或整体活跃型病灶表型无关。相关性在年龄调整后以及使用HC中位数作为高低亚组截断值的敏感性分析中保持一致。

TSPO-PET可检测的边缘活跃型病灶和CHIT1均显示出预后价值。边缘活跃型病灶的高比例可预测EDSS进展和向SPMS的转化，而诊断时较高的CSF CHIT1与后续通过EDSS、ARMSS和MSSS测量的疾病进展相关。此外，有研究报道诊断时血浆CHIT1活性与5年随访后的EDSS相关。然而，血清CHIT1浓度是否能作为未来残疾进展的独立预测因子，仍有待未来研究确定。

在病灶组织之外，血清CHIT1与NAWM和T1病灶周围区域的TSPO结合相关，这可能反映了病灶表型与NAWM DVR之间的正相关关系。尽管空间转录组学数据未显示NAWM中的CHIT1表达，但对Macnair等人数据集（n=54例MS患者）的重新分析提示NAWM小胶质细胞中存在CHIT1表达。

既往研究显示MS患者CSF CHIT1高于HCs。相比之下，关于血液CHIT1浓度和活性在MS中的研究结果存在矛盾。部分与既往工作一致，研究人员发现PMS中CHIT1高于RRMS，但MS与HCs之间无显著差异，尽管年龄调整后差异不再具有统计学显著性。CHIT1高值亚队列中血清CHIT1与EDSS的关联在年龄调整后不再显著。

使用外周CHIT1作为CNS病理的替代指标受到若干因素限制。一个关键挑战是区分血液生物标志物是来源于CNS驻留的小胶质细胞/巨噬细胞还是外周来源，因为两者具有许多相似的表型和功能特征。这一限制可能通过将CHIT1与其他生物标志物（如GFAP和NfL）或其他小胶质细胞标志物（如可溶性髓样细胞触发受体2 [sTREM2]或几丁质酶-3样蛋白1 [CHI3L1]）结合来解决。研究人员观察到CHIT1与GFAP和NfL的适度相关性，结合PET结果，提示血液CHIT1与CNS病理相关。与CHI3L1不同，CHIT1与病灶中的TSPO结合相关，提示CHIT1可能对慢性活动性病灶更具特异性。

血液-CSF CHIT1关系仍未完全明确。在视神经炎、ALS和额颞叶痴呆中已报道血液-CSF CHIT1相关性，但在MS中未发现。ALS中血液CHIT1浓度比CSF水平高2倍以上，与本研究队列一致，其中血液CHIT1约为使用相同ELISA试剂盒测量的CSF水平的2倍。这可能主要提示外周来源；CHIT1在炎症性疾病期间由肺、肝和骨骼中的固有免疫细胞产生，提示炎性合并症是潜在混杂因素。值得注意的是，基因表达数据显示小胶质细胞是脑内CHIT1的主要来源，表达高于血液单核细胞。CHIT1与病灶PET指标相关的一个合理解释是，产生CHIT1的细胞的外周活化与脑内小胶质细胞活化相关，可能通过外周产生的促炎细胞因子经血脑屏障、室周器官或脉络丛触发神经炎症。支持这一点的是，可溶性CHIT1可增加外周血单核细胞跨脑内皮细胞的迁移。

缺乏CSF样本是一个显著局限性，因为配对血液-CSF分析可能有助于理解CHIT1的来源和组织特异性。结果未针对其他潜在混杂因素（包括性别、BMI、疾病修饰疗法或炎性合并症）进行调整。CHIT1基因外显子10中的24 bp重复导致酶活性降低，纯合个体中酶完全失活。该等位基因在欧洲人群中常见（约35%杂合，6%纯合），重复携带者的CHIT1水平显著降低。研究人员无法获取患者基因组数据。为排除因该等位基因导致低水平的参与者，分析在CHIT1高值亚组中重复进行，但可能仅部分排除重复等位基因携带者。PMS队列主要由SPMS组成，限制了向进展性表型的推广性。统计效力受限于小样本量，尤其是PMS和CHIT1高值亚队列。作为探索性研究，大量相关性分析未进行多重比较校正，可能增加假阳性结果的风险。

研究结果应谨慎解读，并视为假设生成而非验证性。尽管如此，跨多个冒烟性炎症相关指标（包括TSPO-PET影像标志物、EDSS以及已确立的神经炎症生物标志物GFAP和NfL）的一致性关联为个体适度关联增加了额外可信度。研究结果表明，有必要在更大规模的、进行基因分型且特征明确的队列中开展进一步研究，最好纳入纵向数据和配对CSF/血清测量。