Csf1r介导的髓系细胞耗竭可防止慢性结肠炎过程中多巴胺能神经元丢失

《Journal of Neuroinflammation》：Csf1r-mediated depletion of myeloid cells prevents dopaminergic neuron loss during chronic colitis

　　

炎症性肠病（IBD）易并发神经精神共病，并增加帕金森病（PD）的发生风险。尽管肠-免疫-脑轴被认为是连接IBD与PD并驱动PD免疫发病机制的重要通路，但结肠炎期间脑内免疫应答的区域性模式及其单细胞图谱，以及该过程对PD病理的贡献，仍缺乏清晰界定。本研究观察到，成年慢性结肠炎小鼠黑质致密部的多巴胺能神经元发生丢失，并伴有突触核蛋白病理。通过共聚焦显微镜和整合多组学（multi-omics）分析，研究人员揭示了慢性结肠炎诱导的复杂中脑特异性免疫应答。对中脑免疫图谱进行单细胞水平描绘显示，小胶质细胞簇发生炎症性转变，包括干扰素应答型小胶质细胞扩增、CD8⁺ T细胞外渗，以及血管相关中性粒细胞数量增加。在结肠炎起病后采用集落刺激因子1受体（Csf1r）抑制剂选择性耗竭髓系细胞，可使中脑小胶质细胞减少67%，并完全挽救多巴胺能神经元丢失，而不影响黏膜病理改变，也不影响T细胞和中性粒细胞向中脑迁移。综合来看，在慢性结肠炎所致复杂中脑免疫应答中，研究人员证实了Csf1r依赖性髓系细胞在多巴胺能神经退行性变中的因果作用。因此，在IBD背景下，Csf1r抑制虽然未必能局部改善结肠炎，但可对多巴胺能神经元提供神经保护。这些结果揭示了慢性肠源性外周炎症与中脑易损性之间一种新的细胞学联系，从而显著深化了对肠-免疫-脑轴相关PD风险的认识。

该文发表于《Journal of Neuroinflammation》，聚焦炎症性肠病（IBD）与帕金森病（PD）之间的病理联系，核心问题是慢性肠道炎症如何经由肠-免疫-脑轴促发中脑神经炎症并导致黑质多巴胺能神经元损伤。既往流行病学研究提示IBD患者PD风险升高，且二者共享部分免疫相关遗传背景，但由慢性肠道炎症到中脑病变的细胞学机制尚未厘清。尤其是，在结肠炎过程中，脑免疫应答是否具有区域选择性、哪些免疫细胞群主导病理变化、以及这些改变是否真正驱动多巴胺能神经退行性变，仍缺乏直接证据。基于此，研究人员建立成年小鼠慢性复发-缓解型DSS结肠炎模型，试图解析慢性肠源性炎症与PD相关病理之间的因果链条。

研究人员首先证明，慢性结肠炎不仅局限于肠道局部，还伴随明显系统性炎症，包括脾脏增大、肝肺炎症基因上调及血清多种细胞因子升高。在此基础上，研究人员进一步发现，中脑尤其是黑质致密部对这种慢性外周炎症表现出高度易感性，出现酪氨酸羟化酶（TH，多巴胺能神经元标志）阳性神经元减少、纹状体多巴胺水平下降以及α-突触核蛋白Ser129位点磷酸化病理增加，提示慢性结肠炎足以诱导与PD相关的神经病理改变。与这一神经病理并行的，是一个复杂的中脑免疫反应网络：小胶质细胞活化增强，CD8⁺ T细胞向中脑外渗，中性粒细胞在血管及血管周围聚集。进一步结合单细胞转录组学与多组学整合分析，研究人员提出，在这些变化中，小胶质细胞相关程序是驱动中脑病理指纹的核心因素。最关键的是，使用Csf1r拮抗剂PLX5622在结肠炎发生后耗竭髓系细胞，能够显著减少中脑小胶质细胞，并完全阻止多巴胺能神经元丢失及相关突触核蛋白病理，而对结肠炎严重程度和外周免疫细胞向中脑迁移无明显影响。这一结果支持Csf1r依赖性髓系细胞在慢性结肠炎相关中脑神经退行性变中的关键致病作用，也提示小胶质细胞可能是IBD相关神经保护干预的重要靶点。

就研究所采用的关键技术方法而言，作者主要使用了成年C57BL/6J小鼠三周期DSS诱导的慢性复发-缓解型结肠炎模型，并结合结肠镜、组织病理评分和RT-qPCR评估肠道及外周炎症；采用免疫荧光、共聚焦显微镜、流式细胞术分析中脑免疫细胞组成及黑质多巴胺能神经元病理；对中脑和纹状体进行bulk RNA-seq、蛋白质组学和单细胞RNA测序（scRNA-seq），并通过多组学因子分析（MOFA⁺）整合结肠、血清和中脑数据；最后使用Csf1r抑制剂PLX5622进行干预，以验证髓系细胞/小胶质细胞的因果作用。样本来源主要为实验动物小鼠，中脑单细胞测序采用每组7只雄性小鼠合并取材。

在结果部分，论文首先以“Cyclic DSS treatment induces chronic relapsing-remitting colitis accompanied by systemic inflammation”为题，说明循环DSS处理成功诱导了慢性复发-缓解型结肠炎。研究人员通过结肠镜、结肠长度、组织学评分及炎症因子检测证实模型成立，并显示炎症不局限于结肠，而是扩展为系统性炎症状态。这一结果为后续“肠道炎症可影响脑组织”的论证提供了病理基础。

在“Chronic colitis causes dopaminergic neuron loss and neuroinflammation in the midbrain”部分，研究人员证明慢性结肠炎导致黑质致密部TH阳性多巴胺能神经元显著减少，纹状体多巴胺浓度下降，同时残存TH阳性细胞中pSer129阳性比例增加，提示存在PD相关突触核蛋白病理。免疫学层面，黑质小胶质细胞呈现更偏向吞噬活化的状态，CD3⁺ T细胞尤其CD8⁺ T细胞在中脑增加并部分进入实质，中性粒细胞则主要位于血管内或血管周围。该部分说明慢性肠炎不仅造成中脑炎症，而且与多巴胺能神经变性直接并存。

在“The midbrain-specific transcriptional and proteomic inflammatory signature in chronic colitis”部分，研究人员通过中脑与纹状体的转录组和蛋白质组比较发现，慢性结肠炎诱导的分子变化具有明显区域特异性。中脑中出现大量差异表达基因和蛋白，上调通路涉及补体激活、体液免疫反应、活性氧细胞反应、适应性免疫应答和吞噬体等，而下调变化涉及神经发生、突触组装、线粒体基因表达和细胞形态发生。相较之下，纹状体改变较弱。这表明中脑是慢性肠源性炎症攻击的高易感脑区。特别是C1qa、C1qb、C1qc和CD68等小胶质相关分子上调，进一步提示小胶质细胞及补体系统参与病理过程。

在“Chronic colitis causes a complex cellular immune response including disease-associated microglia in the midbrain”部分，单细胞RNA测序描绘了中脑免疫细胞景观。研究人员识别出多个小胶质细胞簇，以及B细胞、T细胞、NK/NK T细胞、中性粒细胞、单核细胞和中枢神经系统相关巨噬细胞（CAMs）/树突状细胞等。慢性结肠炎时，非小胶质免疫细胞比例明显升高，而小胶质细胞内部也出现由稳态向炎症相关状态转变。一个重要发现是干扰素应答型小胶质细胞簇扩增，其特征基因为Ifit3b、Ifi206、Ifit1和Irf7。与此同时，部分骨髓来源免疫细胞表达Itgal、Itga4、Cd44和Itgb7等黏附/迁移相关分子，提示这些细胞可能在肠道炎症环境中被预激活后迁入中脑。该部分从单细胞分辨率上证明，中脑免疫应答并非单一细胞变化，而是多细胞协同的炎症重塑，其中小胶质细胞状态漂移尤为突出。

在“Multi-Omics Factor Analysis links microglia to the midbrain fingerprint in colitis”部分，研究人员整合中脑转录组、中脑蛋白质组、结肠炎症基因和血清细胞因子数据，构建MOFA⁺模型。结果显示，Factor 1能够解释跨模态共享变异，并与慢性结肠炎状态显著相关，同时与结肠Il1b等炎症指标呈正相关。更重要的是，这一潜在因子与多个中脑小胶质细胞簇表达特征显著相关并富集，提示小胶质细胞是连接结肠炎症状态与中脑分子指纹变化的主要细胞基础。这一分析在系统层面强化了“小胶质细胞是关键驱动者”的结论。

在“Chronic colitis persists despite delayed Csf1r inhibition”部分，研究人员在结肠炎起始后给予PLX5622，检验Csf1r依赖性髓系细胞耗竭是否能缓解肠道病理。结果显示，PLX5622并未显著改善结肠镜评分、结肠缩短、脾脏增大、肝结肠炎症基因表达或组织学损伤，也未显著降低结肠Iba1⁺髓系细胞密度。该部分说明Csf1r抑制对既有慢性结肠炎本身疗效有限，因此后续若观察到脑保护效应，更可能反映对中枢病理过程的直接调控，而非单纯继发于肠炎减轻。

在“Csf1r-dependent myeloid cell depletion rescues dopaminergic neuron loss”部分，论文给出最关键的因果证据。PLX5622处理35 d后，脑内CD45^intCD11b⁺细胞显著减少，中脑Iba1⁺小胶质细胞减少67%。然而，CD3⁺ T细胞、CD8⁺ T细胞及Ly6G⁺中性粒细胞向中脑及相关血管区室的迁移并未受明显影响。在这种背景下，黑质致密部TH阳性神经元数目获得完全挽救，pSer129⁺TH⁺细胞比例亦不再升高。这说明，即使外周免疫细胞仍可到达中脑，只要显著减少Csf1r依赖性髓系细胞，仍可阻断多巴胺能神经退行性变。换言之，小胶质细胞或相关Csf1r依赖性髓系细胞是慢性结肠炎致神经元损伤所必需的病理环节。

讨论部分强调，本研究实质性推进了对肠道慢性炎症相关脑病理的认识，首次在慢性结肠炎背景下证明神经炎症与多巴胺能神经元丢失之间存在因果联系，并指出这种神经退行性过程主要与小胶质细胞有关。作者认为，相较短期肠炎模型，成年起病且反复发作的慢性结肠炎更能模拟IBD与迟发性PD之间的关系。研究结果还提示，中脑之所以易感，可能与其固有免疫环境、与脑脊液相关解剖位置以及小胶质细胞基础状态有关。尽管CD8⁺ T细胞和中性粒细胞也参与了中脑炎症图谱，但整合分析和干预实验均支持小胶质细胞是主导环节。作者也指出研究局限，包括缺乏运动行为学数据，以及PLX5622并非绝对特异性作用于小胶质细胞，因此未来仍需在其他IBD模型及更精细的细胞特异性系统中进一步验证。

研究结论可概括为：慢性DSS结肠炎可引发系统性炎症并在中脑形成复杂的免疫应答，导致黑质致密部多巴胺能神经元丢失和α-突触核蛋白病理；在这一过程中，Csf1r依赖性髓系细胞具有关键致病作用。抑制Csf1r虽然不能明显改善肠道局部病变，但能够为多巴胺能神经元提供显著神经保护。该研究揭示了慢性肠源性外周炎症与中脑易损性之间新的细胞机制，为理解IBD相关PD风险及开发靶向小胶质细胞的干预策略提供了重要依据。