阿尔茨海默病样神经退行性变中的骨髓重塑与脑-骨髓串扰

《Brain, Behavior, and Immunity》：Bone marrow remodeling and brain–bone marrow crosstalk in Alzheimer’s disease-like neurodegeneration

　　

• 阿尔茨海默病样病理诱导骨髓重塑。
• 淀粉样蛋白改变了骨髓中的胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、c-Fos和核因子κB（NF-κB）信号传导。
• 骨髓显示出祖细胞和谱系相关标志物的改变。
• 下丘脑刺激和胚胎蛋白可部分恢复骨髓稳态。
• 研究结果支持在阿尔茨海默病中存在具有功能的脑-骨髓轴。

阿尔茨海默病是一种进行性神经退行性疾病，也是全球痴呆的主要原因。传统上，该病被视为局限于大脑的病理改变，特征为淀粉样蛋白-β（Aβ）沉积、tau蛋白聚集、突触功能障碍和神经元丢失。然而，越来越多的证据表明，AD伴随着深远的外周系统改变，涉及肠道、肝脏和心血管系统等，提示其是一种全身性疾病而非仅限于大脑的疾病。在外周室中，骨髓作为造血和免疫细胞产生的主要部位，在维持免疫平衡和调节炎症反应中发挥核心作用。骨髓中的造血干细胞持续产生髓系和淋巴系细胞，塑造先天和适应性免疫。近期实验研究表明，骨髓来源的细胞可以直接影响AD相关病理，骨髓可能作为脑-外周串扰的生物学相关介质。然而，AD相关的神经退行性变是否直接改变了骨髓的信号传导、造血输出和微环境组织，以及这些变化是否可能导致大脑的补偿性或适应不良反应，目前仍不清楚。为了填补这一空白，Yenkoyan等人开展了这项研究，以探究AD样动物模型中骨髓的分子、细胞和结构改变。研究结果为AD中知之甚少的脑-骨髓轴提供了新见解，突显了中枢神经活动在神经退行性疾病中塑造外周系统反应的潜在机制。该论文发表在《Brain, Behavior, and Immunity》上。

样本队列来源为成年雄性Sprague-Dawley大鼠。Yenkoyan等人通过脑室内注射Aβ_1-42构建AD样模型，结合下丘脑视上核与室旁核电刺激及胚胎蛋白糖（PEG）注射进行干预。采用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测IGF-1和神经生长因子（NGF）；蛋白质印迹法检测c-Fos和核因子κB（NF-κB）p65；反相高效液相色谱法（HPLC）测定γ-氨基丁酸（GABA）。利用流式细胞术分析CD3⁺、CD5⁺等骨髓细胞标志物；通过H&E、吉姆萨及尼氏染色评估骨髓与脑组织形态学结构。

AD样病理后骨髓的神经化学改变
通过ELISA等检测发现，脑室内注射Aβ_1-42显著增加了骨髓中IGF-1的浓度，表明骨髓对淀粉样蛋白诱导的神经退行性变产生了强烈反应。单独给予PEG也会增加IGF-1水平。而在淀粉样蛋白注射前后的双重PEG治疗则进一步使IGF-1浓度接近对照组水平。对于NGF，淀粉样蛋白暴露未引起显著变化，但双重PEG治疗后其浓度显著增加。此外，在所有实验条件下，骨髓中的GABA浓度均低于HPLC的检测阈值，表明整体组织中的游离GABA浓度极低。

骨髓中c-Fos和NF-κB信号通路的激活
通过蛋白质印迹法分析发现，淀粉样蛋白处理组的c-Fos和NF-κB p65表达显著高于对照组，表明压力反应转录程序和促炎通路被激活。在淀粉样蛋白处理动物中，下丘脑刺激降低了c-Fos的表达。PEG治疗组的c-Fos和NF-κB p65表达进一步升高，而结合下丘脑刺激后则有所降低，提示中枢神经输入以特定情境方式调节外周炎症状态。

中枢调节重塑外周免疫细胞组成
通过流式细胞术分析表明，淀粉样蛋白诱导的神经退行性变并未显著改变骨髓中总淋巴细胞（如总CD3⁺和CD5⁺细胞）比例，但诱导了特定T细胞亚群和未成熟造血区室的选择性重编程。具体而言，CD3⁺CD3⁺细胞显著增加，而CD3⁺(CD5⁺CD3⁺)细胞显著减少。PEG治疗部分恢复了这些参数，表明其对外周免疫平衡具有调节作用。

骨髓结构重塑和微环境重编程
骨髓细胞构成和结构的变化：骨髓的H&E和吉姆萨染色
通过组织学分析发现，对照组骨髓主要以脂肪细胞为主。淀粉样蛋白暴露诱导了明显的骨髓结构重塑，使其向造血占优势转变，造血与脂肪组织比例约为2:1，并伴有巨核细胞密度增加和异质性。下丘脑刺激和PEG治疗同样增加了骨髓细胞构成。这些变化表明存在压力诱导的造血和慢性炎症激活过程。

微环境相关和谱系特异性标志物的改变：神经祖细胞、神经元、胶质细胞、增殖、血管生成和凋亡标志物的流式细胞术分析
通过流式细胞术结果显示，Aβ_1-42诱导了骨髓标志物的选择性改变。其中，NeuN阳性细胞减少，表明神经元分化相关表型受抑制；Sox10/Sox2双阳性细胞增加，提示干细胞维持向胶质谱系承诺转变；Bax阳性细胞增加，表明凋亡易感性升高。PEG治疗增加了Nestin和Vimentin阳性细胞，并降低了Bax表达，部分恢复了细胞平衡。

皮质和海马结构与神经退行性变相关的变化
通过尼氏染色发现，淀粉样蛋白给药诱导了大脑皮层和海马体特征性的神经退行性变，表现为神经元固缩等。下丘脑刺激和PEG治疗（尤其是结合使用）有助于保留神经元结构，减少退行性变化，提示其具有结构保护作用。

讨论与结论
研究表明，脑室内淀粉样蛋白暴露与骨髓生物学改变相关，包括营养信号传导、炎症激活、细胞表型、免疫组成和造血微环境结构组织。骨髓中IGF-1的升高是一种补偿性但无效的反应，而不是功能性营养支持。c-Fos和NF-κB的激活表明压力反应转录程序和促炎通路的参与。骨髓标志物的变化反映了细胞状态和转录程序的改变，而非明确的谱系转换。形态学上观察到骨髓结构重塑，特征为脂肪减少、造血细胞构成增加，这符合压力诱导的造血和慢性炎症激活过程。部分变化可通过PEG和下丘脑刺激逆转，表明骨髓微环境具有可塑性和治疗可及性。

总结而言，研究结果表明，阿尔茨海默病样病理与骨髓营养信号传导和细胞组织的协调且具有功能意义的改变相关，支持脑-骨髓轴的存在。通过中枢下丘脑刺激和胚胎蛋白干预调节这些变化，突显了该外周区室的动态和治疗响应特性。因此，针对骨髓介导的机制可能成为影响阿尔茨海默病疾病进展的一种新的互补策略。