TNF-α通过诱导Ⅰ型干扰素（IFN）信号通路抑制神经发生并招募T细胞

《Nature Communications》：TNF-α induces type I IFN signalling to suppress neurogenesis and recruit T cells

　　

TNF-α诱导Ⅰ型干扰素信号通路以抑制神经发生并招募T细胞

研究背景与问题提出

成年海马神经发生（Adult Hippocampal Neurogenesis, AHN）对学习、记忆和情绪调节至关重要，其功能紊乱与衰老、神经退行性疾病及情绪障碍密切相关。神经炎症被确认为AHN受损的关键机制之一，但炎症如何具体调控AHN的分子机制尚不明确。特别是，促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α（Tumour Necrosis Factor-alpha, TNF-α）在阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）和抑郁症中升高，并已知负向调节AHN，然而其深层机制有待阐明。此外，近期研究发现慢性TNF-α可促使啮齿类动物嗅球神经干细胞（Neural Stem Cells, NSCs）从神经再生转向免疫招募功能，研究人员据此推测人类海马祖细胞（Human Hippocampal Progenitor Cells, HPCs）可能发生类似的功能转换，这可能解释衰老和神经退行性疾病中观察到的AHN受损与T细胞浸润现象。

主要技术方法

研究人员采用女性来源的人海马祖细胞系HPC0A07/03A建立体外神经发生模型，结合单细胞RNA测序（Single-Cell RNA Sequencing, scRNA-seq，10x Genomics平台）分析细胞命运轨迹，运用免疫荧光高内涵成像系统进行蛋白定量，通过蛋白质印迹（Western Blotting）检测信号分子磷酸化状态，采用实时定量PCR（RT-qPCR）分析基因表达，利用酶联免疫吸附测定（ELISA）及多重微球阵列检测细胞因子/趋化因子分泌，并建立体外transwell趋化实验体系评估原代人T细胞（来自三位健康献血者的外周血单个核细胞）的定向迁移功能，其中CXCR3拮抗剂AMG487用于验证趋化依赖性。

研究结果

TNF-α驱动的HPC功能与表型重编程：研究人员确认HPC表达TNF-α受体TNFR1和TNFR2。TNF-α刺激诱导NF-κB p65核转位，促进IL-6和趋化因子分泌，其中CXCL10呈现最强诱导效应。慢性TNF-暴露（0.1-10 ng/ml）剂量依赖性地减少双皮质素（Doublecortin, DCX⁺）神经母细胞比例，高剂量（10 ng/ml）降低微管相关蛋白2（Microtubule-Associated Protein 2, MAP2⁺）神经元比例，并减少神经突总长度。值得注意的是，慢性TNF-α暴露未显著增加cleaved caspase-3⁺凋亡细胞，提示神经发生抑制主要源于功能性重编程而非细胞死亡。

慢性TNF-α破坏神经元分化并上调Ⅰ型IFN转录特征：scRNA-seq分析（22,133个细胞，15个簇群）显示，高剂量TNF-α处理的HPC在分化7天和14天后，神经母细胞样和未成熟神经元样簇群比例显著减少。高剂量TNF-α特异性簇群（RGL样2簇和IPC样4簇）以及后续出现的IFN反应性胶质/祖细胞样簇、反应性星形胶质细胞样簇和伤口愈合样簇均强烈上调Ⅰ型IFN反应基因（ISG15、IFI27、IFI6、MX1、STAT1）。基因本体论（Gene Ontology, GO）分析显示这些簇群富集"对Ⅰ型IFN的反应"和吞噬囊泡组分。转录因子活性分析预测STAT1、STAT2和IRF9活性增高，上述结果提示TNF-α通过自分泌/旁分泌Ⅰ型IFN信号驱动HPC向免疫反应性状态转变。

TNF-α通过IFNAR激活驱动Ⅰ型IFN信号通路：TNF-α诱导STAT1和STAT2磷酸化呈延迟激活模式（3-6小时达峰），与直接激活机制不同。TNF-α瞬时诱导IFNB1表达（3小时达峰），该过程依赖NF-κB信号但独立于从头蛋白质合成，且不涉及cGAS-STING通路（HPCs不表达STING1，CGAS表达极低）。IRF1在IFNB1诱导前即被上调，提示其调控作用。CXCL10的诱导同样延迟且依赖从头蛋白质合成。IFN-α/β受体（Interferon Alpha/Beta Receptor, IFNAR）阻断抗体anifrolumab完全消除TNF-α诱导的STAT1⁺细胞增加，并显著减少ISG15⁺细胞；JAK抑制剂也阻断ISG15上调。这些发现证实TNF-α通过IFNAR及下游JAK依赖性通路驱动自分泌/旁分泌Ⅰ型IFN信号，IFN-β为可能的介导因子。

TNF-α条件培养基驱动CXCR3依赖性T细胞趋化：TNF-α处理的HPC及其分化子代培养基中含有高水平CXCL10和CXCL11。 transwell趋化实验证实，来自TNF-α处理HPC的条件培养基显著增强原代人CD4⁺和CD8⁺ T细胞的趋化指数，该效应被CXCR3拮抗剂AMG487显著削弱，表明为CXCR3依赖性趋化。scRNA-seq重分析显示CXCL10和CXCL11富集于IFN反应性胶质/祖细胞样簇。进一步实验表明，IFNAR阻断或JAK抑制均消除T细胞对TNF-α条件培养基的趋化反应，证明自分泌/旁分泌Ⅰ型IFN信号是CXCR3配体分泌的主要驱动力。此外，TNF-α上调HPC表面黏附分子ICAM1和VCAM1表达，可能促进HPC-T细胞直接相互作用。

阻断IFNAR信号抢救慢性TNF-α诱导的DCX⁺神经母细胞丢失：在慢性TNF-α（1 ng/ml）暴露的分化体系中，anifrolumab完全挽救了DCX⁺神经母细胞比例的下降，而不影响MAP2⁺神经元比例，明确证实自分泌/旁分泌Ⅰ型IFN信号是TNF-α抗神经发生效应的关键介导机制。

讨论与结论

研究人员在《Nature Communications》发表的研究揭示了一条此前未被认识的TNF-α-IFN-β-IFNAR-CXCL10/CXCL11信号轴，该轴在慢性神经炎症条件下将人HPC从神经发生命运重编程为免疫防御表型。这一发现为理解炎症、神经发生受损和T细胞浸润三者之间的关联提供了分子机制层面的解释。

该TNF-α诱导的功能性转换可能代表对感染或损伤的保护性适应——在能量消耗上，神经发生成本高昂，将细胞资源重新定向于免疫应答可能有利于解决促炎挑战。然而，在慢性TNF-α持续升高的病理情境下（如衰老过程中微胶质细胞的低度慢性炎症表型、中枢神经系统病毒感染后的持续炎症、AD等神经退行性疾病中活化微胶质的TNF-α分泌，以及慢性外周炎症向脑内传播），这一转换导致AHN持续性受损和T细胞异常浸润，进而促进认知功能下降。

研究的重要临床意义在于识别IFNAR信号作为"双重作用"治疗靶点：其拮抗作用既能恢复TNF-α诱导的神经发生抑制，又能阻断T细胞向神经源性微环境的招募。这一策略与近期研究发现IFNAR拮抗可改善衰老模型中AHN和认知功能的证据相吻合。此外，TNF-α诱导的Ⅰ型IFN信号激活在无菌炎症中的新兴角色，拓展了对该通路病理生理意义的认识，特别是解释了Ⅰ型IFN信号在衰老和神经退行性疾病中涌现的现象。

研究结论确切表明，慢性TNF-α通过诱导人HPCs中此前未被识别的Ⅰ型干扰素自分泌/旁分泌环路，驱动神经发生抑制和CXCR3依赖性T细胞招募，从而将HPC命运从神经发生轨迹转向免疫防御表型。该炎症信号级联对感染性和炎症性疾病的发病机制具有关键意义，揭示了调控人成年海马神经发生的关键炎症检查点，并为慢性炎症状态下恢复神经发生提供了潜在治疗靶点。