实验性关节炎与全身型幼年特发性关节炎中的海马神经炎症及外周神经生物学蛋白谱改变

《Eating Behaviors》：Hippocampal neuroinflammation and altered peripheral neurobiological protein profile in experimental arthritis and systemic juvenile idiopathic arthritis

　　

背景：据报道，幼年特发性关节炎（JIA）患儿出现影响情绪调节与行为症状的比例升高。然而，其潜在生物学机制仍不清楚。中枢神经系统（CNS）中的炎症可由外周免疫效应触发，并可能促成这些现象。本研究旨在探讨全身型幼年特发性关节炎（sJIA）中是否存在神经生物学改变、关节炎过程中是否发生中枢神经系统炎症，以及其潜在基础机制。

方法：研究人员采集活动期 sJIA 患者（n = 16）与性别、年龄匹配健康对照（HCs，n = 16）的血浆样本，并纳入同一批 sJIA 患者疾病静止期的配对样本（n = 12），采用 Olink 蛋白质组学（proteomics）分析外周神经生物学及炎症蛋白谱。临床资料来自瑞典儿童风湿病学登记系统及病历记录。进一步通过体内（in vivo）与体外（in vitro）实验研究 CNS 神经炎症反应及其潜在机制。

结果：活动期 sJIA 患者表现出不同于 HCs 的血浆神经生物学蛋白谱改变。这些改变与患者更高的疼痛评分及生活影响评分相关，提示该异常谱可能反映神经功能变化。值得注意的是，即使在疾病静止期，神经生物学蛋白谱仍持续异常。在慢性关节炎小鼠中，研究人员观察到海马内小胶质细胞活化及神经发生（neurogenesis）受损，而皮层未见显著变化。RNA测序（RNA-seq）分析提示，线粒体功能障碍与氧化应激（oxidative stress）参与介导慢性关节炎小鼠中的神经炎症。血红素加氧酶2（HMOX2）被鉴定为提示海马小胶质细胞活化的外周生物标志物（biomarker）（Spearman r = ?0.886，P = 0.019）。结合 sJIA 患者的神经生物学与炎症谱分析，白细胞介素-6（IL-6）与白细胞介素-18（IL-18）被提示为关节炎期间驱动海马小胶质细胞活化的潜在因素。

解释：研究结果强调了 sJIA 与实验性关节炎对神经系统的影响，并为临床监测及靶向治疗策略的开发提供了见解。

本文发表于《Eating Behaviors》，围绕全身型幼年特发性关节炎（systemic juvenile idiopathic arthritis，sJIA）相关神经系统改变展开，核心问题是：临床上 JIA 患儿常出现情绪、行为和认知相关异常，但中枢神经系统（central nervous system，CNS）是否存在可检测的炎症性和神经生物学基础改变，长期以来缺乏直接证据。既往研究多停留在症状观察层面，难以解释为什么即使外周关节炎症得到控制，部分患儿仍可能存在持续的疼痛负担、生活受限或神经心理异常。与此同时，神经炎症（neuroinflammation）已被认为与认知障碍、情绪异常和神经可塑性受损密切相关，而外周免疫激活能否在慢性关节炎背景下驱动脑内特异区域改变，尤其是影响海马（hippocampus）这一与情绪调节、学习记忆密切相关的脑区，仍缺乏系统阐明。因此，开展本研究具有明显必要性：一方面可为 sJIA 患者神经精神相关表现提供分子证据，另一方面也有助于发现可监测、可干预的外周标志物和炎症通路。

研究人员首先在人群层面检测活动期及静止期 sJIA 患者血浆中的神经生物学相关蛋白谱和炎症蛋白谱，并结合临床信息评估这些分子改变与疼痛、生活影响等指标的关系；随后在慢性胶原诱导性关节炎（collagen-induced arthritis，CIA）小鼠中考察海马和皮层的组织学与分子变化，以验证关节炎是否伴随 CNS 神经炎症；进一步通过 RNA测序（RNA-seq）和小胶质细胞体外刺激实验，解析潜在机制。研究最终得出几个关键结论：sJIA 患者存在显著异常的外周神经生物学蛋白谱，且这种异常在疾病静止期仍持续；慢性关节炎可诱导海马特异性小胶质细胞活化、神经发生受损以及氧化应激升高；HMOX2 可能成为反映海马神经炎症的外周生物标志物；IL-6 与尤其是 IL-18 可能是连接外周炎症与脑内小胶质细胞活化的重要介质。这些发现的重要意义在于，将儿童慢性关节炎的研究从关节和全身炎症进一步拓展到“脑—免疫”相互作用层面，为临床随访中纳入神经生物学和神经精神监测提供了依据，也为 IL-18 定向干预等策略提供了理论支持。

在方法上，研究主要采用四类关键技术路线。第一，纳入瑞典 Karolinska University Hospital 的活动期 sJIA 患者及配对静止期样本，并以斯德哥尔摩地区健康儿童队列作为年龄、性别匹配对照，进行 Olink 邻位延伸分析（proximity extension assay，PEA）蛋白质组检测。第二，建立 DBA/1 雌性小鼠 CIA 慢性关节炎模型，开展免疫荧光、Western blot 和血清酶联免疫吸附测定（ELISA）评估海马组织与外周血分子变化。第三，对小鼠海马组织实施 RNA-seq，并结合主成分分析（PCA）与基因集富集分析（GSEA）解析异常通路。第四，利用 SimA9 小胶质细胞系开展 IL-6、IL-18 和 H₂O₂ 刺激实验，通过 DCFH-DA 检测活性氧（ROS）并测定 HMOX2 变化，以验证炎症因子和氧化应激的直接效应。

在结果部分，论文首先给出“Patients with active sJIA exhibit an altered neurobiological protein profile in plasma compared with healthy individuals”。研究人员发现，活动期 sJIA 患者与健康对照之间的神经生物学蛋白表达在 PCA 和层次聚类中明显分离，提示存在整体性的外周神经生物学异常。差异分析显示，患者共有 32 种蛋白下调，仅孕激素相关子宫内膜蛋白（PAEP）上调。这说明 sJIA 相关改变并非单一炎症蛋白波动，而是广泛涉及神经相关蛋白网络的重塑。

随后在“The altered neurobiological protein profile links to higher pain and life impact in patients with sJIA and associated with disease duration”一节中，研究人员基于活动期 sJIA 的蛋白谱将患者分为两个亚群。Cluster 2 的神经生物学异常更明显，同时疼痛评分和生活影响评分更高，且病程更长。进一步相关分析显示，多种下调蛋白与疼痛或生活影响呈负相关，其中 HMOX2 与两项指标的负相关最强。该结果提示，外周神经生物学蛋白谱并非单纯伴随现象，而可能在一定程度上反映患者神经功能受损状态及慢性病程累积效应。

在“Altered neurobiological protein profiles persist during the inactive phase of sJIA”中，配对样本分析显示，即便患者由活动期进入静止期，其神经生物学蛋白谱异常并未恢复，反而较活动期与健康对照的差异更为明显。尤其是先前与疼痛、生活影响相关的蛋白在静止期进一步降低。这一结果说明，外周炎症活动缓解并不意味着神经生物学层面同步恢复，提示 sJIA 可能存在持续性或延续性的神经系统影响。

在动物研究部分，“Neuroinflammation and impaired neurogenesis in mice with chronic arthritis”显示，慢性 CIA 小鼠海马中紧密连接蛋白 Claudin-5 略有下降但未达统计学显著，而小胶质细胞表现出典型活化形态：分支减少、分支长度缩短，IBA1⁺CD68⁺ 活化小胶质细胞显著增多。同时，双皮质素（DCX）阳性神经元减少，提示海马神经发生受损。相比之下，皮层未见明显改变。该结果表明，慢性关节炎并非引起全脑均一改变，而是更突出地影响海马区域，支持海马是关节炎相关神经炎症的重要靶区。

在“Mitochondrial dysfunction and oxidative stress are important contributors to hippocampal alterations in experimental chronic arthritis”中，海马 RNA-seq 显示关节炎组与对照组转录组明显分离，差异基因分析提示神经发生、前脑神经元发育、内皮屏障建立和细胞外结构组织等通路下调，与组织学发现一致。另一方面，线粒体功能及线粒体呼吸链相关通路显著上调，尤其涉及线粒体复合体Ⅰ相关基因。进一步检测证实 mt–ND4 蛋白升高，NOX2 上调，4-HNE 增加，表明海马中存在明显氧化应激。由此可以概括，慢性关节炎背景下海马神经炎症的关键分子基础之一是线粒体相关异常及 ROS 介导的氧化损伤。

在“HMOX2 is downregulated in arthritic mice, and serum HMOX2 levels are negatively correlated with hippocampal neuroinflammation”中，HMOX2 成为贯穿临床队列与动物模型的核心分子。研究人员发现 HMOX2 在健康小鼠海马中表达丰富，并与稳态小胶质细胞标志物 P2ry12 共定位；而在关节炎小鼠中，海马 HMOX2 与血清 HMOX2 均显著下降，且血清 HMOX2 与海马 IBA1⁺CD68⁺ 小胶质细胞活化呈显著负相关。进一步在 SimA9 细胞中用 H₂O₂ 诱导氧化应激后，ROS 升高，细胞外 HMOX2 持续下降，较晚阶段细胞内 HMOX2 亦下降。这些结果说明，HMOX2 下调与氧化应激及小胶质细胞激活密切相关，且外周 HMOX2 有潜力作为脑内炎症状态的替代性指标。

在“IL-6 and IL-18 are key cytokines contributing to neuroinflammation during chronic arthritis”中，炎症谱分析显示活动期 sJIA 患者具有 distinct inflammatory signature，IL-6、IL-18、OSM、EN-RAGE 和 MMP-1 升高。进一步将炎症谱与神经生物学谱联合分析后发现，IL-6 和 IL-18 与 HMOX2 呈显著负相关。配对样本结果显示，IL-6 在静止期回落至基线附近，而 IL-18 在静止期仍保持较高水平。动物实验中，关节炎小鼠血清 IL-6 与 IL-18 均升高，其中 IL-18 与 HMOX2 呈负相关，并与小胶质细胞活化呈正相关。体外实验进一步显示，IL-6 单独处理不足以显著诱导 ROS，IL-18 可中度升高 ROS，而 IL-6 与 IL-18 联合处理则产生协同效应，明显增强 ROS 生成并降低 HMOX2。由此可见，IL-18 尤其可能是维持慢性关节炎相关神经炎症的重要驱动因子，而 IL-6 与 IL-18 的联合作用可能放大氧化应激反应。

讨论部分的核心在于将临床观察、动物证据和体外机制连接起来。研究表明，sJIA 患者外周神经生物学蛋白整体下调，这种模式与疼痛、生活影响及较长病程相关，并且在临床静止期仍持续存在，提示神经系统影响可能长期延续。动物模型则从组织和转录层面证明，慢性关节炎能够诱导海马局灶性神经炎症、神经发生障碍以及氧化应激。研究还强调，传统治疗虽能较好控制系统性炎症和关节表现，但 IL-18 的持续升高可能解释神经生物学异常为何未完全逆转，因此 IL-18 可能是未来更全面控制 sJIA 神经炎症通路的关键靶点。关于 HMOX2，论文认为其较 IL-6、IL-18 这类多效性细胞因子可能具有更高的 CNS 神经炎症提示特异性，但作者同时谨慎指出，外周 HMOX2 的来源与 BBB 穿越关系仍不明确，尚不能将其完全归因于小胶质细胞变化。研究还指出若干局限，包括 CIA 并非 sJIA 的理想模型、患者缺乏标准化精神心理测评以及 IL-6/IL-18 协同机制仍需体内进一步验证。

研究结论部分可译为：本研究鉴定出 sJIA 患者存在神经生物学蛋白谱改变。即使在疾病静止期，尽管炎症和疾病活动度下降，持续性的神经生物学改变仍然存在，提示受累个体可能面临长期影响。在慢性关节炎小鼠中，研究人员观察到海马神经炎症及氧化应激增加。值得注意的是，HMOX2 作为 CNS 神经炎症的潜在外周生物标志物，其降低水平与患者疼痛和生活影响等临床指标以及小鼠海马小胶质细胞活化均显著相关。此外，研究发现 IL-6，尤其是 IL-18，在关节炎期间的神经炎症中发挥关键作用，提示其可能成为未来治疗策略的重要靶点。