CXCL10 在 tauopathy 模型小鼠中促进雌性特异性病理进展

《Journal of Neuroinflammation》：CXCL10 contributes to female-specific pathological progression in tauopathy model mice

　　

神经炎症通过脑实质中的胶质细胞活化和T细胞积聚在tauopathy（tau蛋白病）进展中发挥核心作用。然而，将这些过程与tau病理联系的关键分子介质仍知之甚少。在此，研究人员鉴定出C-X-C基序趋化因子配体10（CXCL10）是一种关键炎症介质，它在P301S突变tau转基因小鼠的大脑中显著上调，并与严重tau病理区域相关。空间转录组学揭示，CXCL10主要由疾病相关星形胶质细胞表达，在tauopathy脑中定义了一个富含星形胶质细胞CXCL10的炎症微环境。Cxcl10基因敲除在9月龄雌性小鼠中选择性显著减弱了可溶性和不溶性tau积累，而在11–12月龄时未观察到tau积累的减弱。此外，Cxcl10缺失特异性地延长了雌性tauopathy小鼠的生存期。尽管Cxcl10缺失在两种性别中均减少了实质T细胞的数量，但这种减少并不能解释雌性特异性效应。此外，Cxcl10缺失并未改变神经退行性变和运动功能障碍，表明下游性别依赖性调控机制支配tauopathy进展。此外，在两种性别中均观察到局部微环境中的CXCL10依赖性炎症激活。尽管CXCL10性别依赖性效应的分子机制尚不清楚，但这些发现表明CXCL10通过多种炎症途径促进tau病理。总之，研究人员的发现将CXCL10确定为性别特异性tau相关病理的关键炎症介质。

**论文解读**

**研究背景与问题**
Tauopathy是一类以高度磷酸化及其他翻译后修饰的tau蛋白在神经元和胶质细胞中异常积聚为特征的神经退行性疾病。这些病理tau蛋白错误定位并聚集形成神经原纤维缠结（NFTs），导致不同的临床表型和疾病分类，如阿尔茨海默病（AD）、皮克病（PiD）、进行性核上性麻痹（PSP）和皮质基底节变性（CBD）。尽管当前治疗策略（包括靶向tau的抗体和反义寡核苷酸）正在深入研究中，但有效的疾病修饰疗法仍不明确。这些以tau为中心的策略效果不佳，凸显了阐明替代或互补机制以应对tauopathy的迫切需求。

tauopathy中的神经元丢失导致宏观结构改变，如脑室扩大和皮质萎缩。尽管NFT积累与临床进展相关，但神经元死亡的机制仍不完全清楚。近年来，胶质细胞和免疫细胞的病理作用已成为疾病进展和神经退行性变的关键驱动因素。在tauopathy模型小鼠中已鉴定出疾病相关星形胶质细胞（DAA）和疾病相关小胶质细胞（DAM）等胶质细胞亚群，它们被认为促进病理进展。此外，免疫细胞（如T细胞）在脑中的增加成为tauopathy病理生理学的一个新维度。在人类死后脑组织和鼠类模型中均观察到T细胞增加，且其耗竭已被证明可减轻模型小鼠的tau病理，提示胶质-免疫相互作用可能作为疾病进展的上游调节因子。

生物学性别是疾病进展中另一个关键但尚未充分理解的变量。女性AD患者表现出比男性更快的tau积累进展。此外，较高的内侧颞叶tau负担与女性更陡峭的认知下降相关。相反，临床前动物研究报告了tauopathy模型中性别特异性的胶质细胞反应和神经退行性变，尤其在雄性小鼠中。这些差异表明神经炎症的分子调节因子可能在不同性别间以不同方式运作，因此有必要进行性别分层的胶质-免疫相互作用研究。

趋化因子是免疫细胞迁移和胶质细胞功能的重要调节因子。尽管在AD患者的脑脊液（CSF）和脑组织中已报道趋化因子水平改变，但将胶质细胞来源的趋化因子信号与T细胞浸润和tau病理联系起来的具体分子介质（尤其是以性别依赖性方式）仍大多未定义。阐明这些通路可能揭示独立于或协同tau积累的新型可药物靶点，同时整合性别特异性生物学变量。

**研究目的与内容**
在本研究中，研究人员鉴定并功能性地表征了驱动tauopathy模型小鼠疾病进展的趋化因子。此外，研究人员检查了性别特异性差异如何促进免疫细胞动力学及随后的tau病理发展。通过转录组学和生化分析，研究人员揭示了P301S突变tau转基因（Tau Tg）小鼠脑中CXCL10出现强烈的年龄依赖性上调。CXCL10是趋化因子受体C-X-C基序趋化因子受体3（CXCR3）的配体，是一种有效的T细胞和巨噬细胞趋化剂，已知在AD患者的CSF中上调。此外，已有报道CXCL10通过在多细胞神经免疫培养系统中招募细胞毒性（CD8⁺）T细胞诱导神经退行性变。这些发现支持研究人员最近将CXCL10确定为促进tauopathy进展的候选炎症因子。研究人员在此表明，CXCL10在易受tau病理影响的脑区域中特异性富集。值得注意的是，Cxcl10缺失显著减少了两种性别tauopathy模型中的T细胞积累。然而，关键的是，Cxcl10缺失对tau病理的抑制和寿命的延长仅在雌性小鼠中观察到，突出表明CXCL10在疾病进展中发挥性别依赖性作用。这些发现不仅将CXCL10确定为tauopathy中神经免疫相互作用的关键介质，而且暗示CXCL10信号是疾病严重程度性别差异的调节因子。通过揭示这种先前未被认识的免疫病理机制，该研究为靶向CXCL10作为疾病修饰策略（单独或与现有tau导向疗法联合）提供了令人信服的理由。

**主要技术方法**
1. **动物模型与样本队列**：使用P301S突变人tau转基因（Tau Tg）小鼠（PS19品系，C57BL/6J背景），并进一步与Cxcl10敲除（KO）小鼠杂交。动物实验经名古屋市立大学和东京大学动物护理和使用委员会批准。
2. **转录组分析**：
- **批量RNA测序（BRB-seq）**：对12月龄Tau Tg和野生型（WT）小鼠（各3只雄性）的海马进行RNA提取，使用DESeq2鉴定差异表达基因（DEGs），并进行基因集富集分析（GSEA）和基因本体（GO）分析。
- **空间转录组学（Xenium）**：使用10x Genomics Xenium平台（5,000基因面板）分析12月龄Tau Tg和WT小鼠（各性别1只）的福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）脑切片，结合公开scRNA-seq数据进行细胞类型注释和亚聚类分析。
3. **蛋白质分析**：使用蛋白阵列（Proteome Profiler Mouse Cytokine Array Kit）和酶联免疫吸附试验（ELISA）定量脑组织裂解液中的CXCL10蛋白。
4. **组织学与免疫荧光**：包括免疫组织化学（IHC）检测磷酸化tau（AT8）、CD3、Iba1、C3等标志物；RNAscope荧光原位杂交检测Cxcl10和Cxcr3 mRNA；共聚焦显微镜和虚拟切片扫描仪成像。
5. **流式细胞术（FCM）**：从脑组织中分离单核细胞，分析CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺ T细胞群体。
6. **行为学分析**：包括旷场实验、旋转棒实验、握力测试和足部抓握测试。

**研究结果**

**1. CXCL10是tauopathy小鼠脑中主要的炎症介质**
通过对12月龄Tau Tg小鼠海马进行批量RNA-seq，发现与WT小鼠相比，Tau Tg小鼠中干扰素（IFN）通路等炎症信号通路显著富集，且多种细胞因子和趋化因子基因上调。蛋白质阵列和ELISA证实CXCL10蛋白在Tau Tg小鼠脑中显著升高，且在9月龄时皮质和海马中即已明显，持续至12月龄，且无性别差异。

**2. Cxcl10缺失在雌性特异性方式中短暂减轻tau病理并改善生存**
将Tau Tg小鼠与Cxcl10 KO小鼠杂交，在9月龄时，雄性Tau Tg小鼠的磷酸化tau和sarkosyl不溶性tau积累不受Cxcl10缺失影响；而雌性Tau Tg;Cxcl10 KO小鼠的AT8阳性区域和sarkosyl不溶性tau显著减少，其他磷酸化tau水平不变。这种保护作用转化为雌性小鼠的生存期延长。在6月龄（tau病理较轻）时，Cxcl10缺失无影响；在11–12月龄（病理更严重）时，保护作用消失。Cxcl10缺失未能挽救Tau Tg小鼠的脑萎缩、神经元丢失或运动功能障碍。

**3. 疾病相关星形胶质细胞是tauopathy模型小鼠中CXCL10的主要来源**
Xenium空间转录组学分析显示，Cxcl10 mRNA主要在星形胶质细胞-室管膜细胞（AC-Epen）和小胶质细胞（MG）簇中表达，但Cxcl10⁺星形胶质细胞的数量显著超过Cxcl10⁺小胶质细胞。亚聚类分析鉴定出AC8（星形胶质细胞亚簇）为Tau Tg特异性簇，表达DAA标志物（如Serpina3n、C3、Gfap），并选择性分布于海马和梨状皮质。小胶质细胞亚簇MG3也表达Cxcl10和DAM标志物。RNAscope结合IHC证实，Cxcl10 mRNA主要与GFAP⁺星形胶质细胞共定位，而Cxcr3 mRNA主要在CD3⁺ T细胞中检测到。

**4. Cxcl10⁺星形胶质细胞激活tauopathy模型小鼠脑中周围微环境的炎症反应**
空间邻近分析显示，在Cxcl10⁺星形胶质细胞周围50 μm半径内的细胞中，T细胞标志基因（Cd3d、Cd3g）和炎症反应相关通路（如对细胞因子的反应、趋化因子受体结合）显著上调，且这种效应在两种性别中均存在。

**5. CXCL10减轻Tau Tg小鼠脑中T细胞反应，但不影响胶质细胞**
流式细胞术显示，11–12月龄Tau Tg小鼠脑中CD3⁺和CD8⁺ T细胞增加，但Cxcl10缺失未显著改变总体T细胞群体。免疫组化特异性分析海马显示，从9月龄到11–12月龄，CD3⁺ T细胞显著增加，Cxcl10缺失在两种性别中部分减少了T细胞数量。然而，在9月龄雌性Tau Tg小鼠（保护效应已出现阶段）中未观察到T细胞增加。Cxcl10缺失对Iba1⁺小胶质细胞和C3⁺星形胶质细胞的面积累积百分比无显著影响。

**讨论与结论**
**讨论总结**：本研究将CXCL10鉴定为tau病理进展的雌性特异性介质。尽管CXCL10在两种性别中均上调，但其基因缺失仅在9月龄雌性小鼠中选择性减轻病理tau积累并延长生存期，而不影响胶质细胞反应、神经退行性变或运动功能障碍。空间转录组学和组化分析显示，CXCL10表达于病理相关的星形胶质细胞和小胶质细胞，而其受体CXCR3定位于脑实质T细胞。Cxcl10缺失减少了脑T细胞总数，但在雌性保护效应出现时，海马中并未观察到T细胞积累，提示保护效应不能完全由T细胞数量变化解释。

性别特异性效应的机制尚不明确。性激素可能参与度较小，因为CXCL10表达水平无性别差异。雄性PS19小鼠表现出更严重的病理特征（如体重减轻、运动功能障碍）和更早的小胶质细胞反应，表明雄性小鼠已存在较强的CXCL10非依赖性炎症反应，而雌性小鼠中CXCL10依赖性炎症相对更重要。CXCL10-CXCR3信号的下游性别差异（如Cxcr3基因位于X染色体，可能逃逸X失活）可能是潜在机制。此外，神经元CXCR3可能参与磷酸化tau积累。在11–12月龄时未观察到保护效应，可能归因于生存偏倚（存活小鼠病理较轻）。上游驱动CXCL10上调的机制可能涉及IFN-γ信号。

**研究结论**：总之，研究人员的发现将CXCL10确定为促进tau病理的性别特异性免疫介质。值得注意的是，CXCL10缺失的影响在tau病理早期阶段最为明显。因此，靶向CXCL10-CXCR3轴可能为解决早期tau进展的性别二态性机制提供策略。此外，本研究揭示的方面强调了tau病理进展模式的固有多样性。这种复杂性凸显了多管齐下治疗策略的必要性——要么在最佳时间窗内靶向特定通路，要么同时调节多个调控点——以有效阻止tauopathy的进展。该论文发表在《Journal of Neuroinflammation》。