神经炎症诱导星形胶质细胞Wnt信号异常激活及胆固醇稳态与髓鞘完整性受损

《Cell Reports》：Neuroinflammation induces aberrant activation of Wnt signaling in astrocytes and impairment of cholesterol homeostasis and myelin integrity

　　

神经炎症常破坏脑胆固醇稳态，导致白质损伤和脱髓鞘。然而，这些缺陷的分子机制仍不清楚。在本研究中，研究人员发现炎症与星形胶质细胞中Wnt信号的异常激活相关。Wnt信号在增加星形胶质细胞SREBF2蛋白表达和细胞内胆固醇水平的同时，抑制APOE表达并减少星形胶质细胞的胆固醇外流。细胞外胆固醇供应对于少突胶质细胞中MYRF转录因子和髓鞘相关基因表达的激活至关重要。此外，在转基因小鼠中，星形胶质细胞Wnt激活导致的少突胶质细胞分化缺陷和髓鞘基因表达异常可被化学增强的ApoE表达部分挽救。研究人员的发现揭示了“炎症→Wnt信号→胆固醇代谢→髓鞘完整性”的调控通路，为炎症诱导的脱髓鞘疾病的分子机制和未来治疗策略提供了重要见解。

神经炎症是脑损伤、卒中和多种神经退行性疾病的共同病理特征。近年研究表明，神经炎症常破坏脑胆固醇稳态，导致白质损伤和脱髓鞘。髓鞘由少突胶质细胞形成，富含胆固醇和磷脂，为神经轴突提供电绝缘，保障神经冲动快速传导。然而，少突胶质细胞自身合成胆固醇的能力有限，其维持髓鞘所需胆固醇约80%需从细胞外环境摄取，而脑内胆固醇主要由星形胶质细胞合成并通过载脂蛋白E（APOE）等形成脂蛋白复合物输出。因此，星形胶质细胞胆固醇合成与外流的精确调控对中枢神经系统（CNS）稳态至关重要。已知Wnt/β-CATENIN信号在外周组织（如肝脏和内皮）调节脂质代谢，且炎症微环境中该通路常被异常激活，但神经炎症是否通过星形胶质细胞中的Wnt信号扰乱胆固醇代谢并导致髓鞘损伤，此前尚不清楚。研究人员据此开展研究，旨在阐明炎症条件下Wnt信号与星形胶质细胞胆固醇代谢及髓鞘完整性之间的功能联系。结果显示，脂多糖（LPS）诱导的神经炎症激活星形胶质细胞Wnt/β-CATENIN信号，上调胆固醇合成关键转录因子SREBF2并促进胆固醇合成，同时抑制APOE表达并减少胆固醇外流，导致星形胶质细胞内胆固醇异常蓄积。胆固醇向少突胶质细胞的供应随之减少，使MYRF转录因子及髓鞘基因表达下降，损害髓鞘完整。该研究揭示了“炎症→Wnt信号→星形胶质细胞胆固醇代谢→髓鞘完整性”这一新的调控轴，为炎症性脱髓鞘疾病提供了潜在治疗靶点。相关成果发表在《Cell Reports》。

研究人员主要采用以下关键技术方法：利用C57BL/6小鼠，通过LPS侧脑室注射建立急性神经炎症模型；构建Aldh1l1-ERcre/+; Ctnnb1-3Δexfx/+（Ctnnb1 GOF）诱导型转基因小鼠，实现星形胶质细胞特异性β-CATENIN激活；原代培养新生小鼠星形胶质细胞和少突胶质细胞前体细胞（OPC），并用磁珠分选（MACS）获取成年小鼠ACSA2+星形胶质细胞和O4+少突胶质细胞。主要检测手段包括免疫荧光、免疫印迹、原位杂交（ISH）、qPCR、双荧光素酶报告基因、染色质免疫沉淀PCR（ChIP-PCR）、RNA测序（RNA-seq）、透射电镜（TEM）、BODIPY-胆固醇/Filipin/LipidSpot染色以及星形胶质细胞-少突胶质细胞共培养等。

**1. 炎症诱导星形胶质细胞Wnt信号激活和胆固醇蓄积，但损害少突胶质细胞髓鞘基因表达**
通过LPS侧脑室注射小鼠，免疫染色发现GFAP阳性星形胶质细胞和IBA1阳性小胶质细胞增多，皮质中磷酸化β-CATENIN（S675）水平升高，表明Wnt信号激活。同时SREBF2表达上调，而APOE在mRNA和蛋白水平均显著下降，星形胶质细胞内脂滴增多。原位杂交和qPCR显示髓鞘基因Mbp和Plp1转录减少，但神经元和轴突标志物无明显变化，说明髓鞘基因下降并非继发于神经元损伤。

**2. 星形胶质细胞Wnt信号激活下调转基因小鼠髓鞘基因表达**
研究人员构建Ctnnb1 GOF小鼠，在星形胶质细胞中条件性敲除Ctnnb1外显子3以稳定β-CATENIN。该小鼠出现反应性星形胶质增生，但小胶质细胞和神经元状态未受明显影响。GOF小鼠皮质中MYRF阳性细胞显著减少，Myrf、Mbp、Plp1的mRNA水平下降，但成熟少突胶质细胞数量及髓鞘蛋白水平基本不变，透射电镜显示髓鞘超微结构尚完整。这表明Wnt激活主要损害已有少突胶质细胞中髓鞘基因的转录维持，而非新少突胶质细胞生成。

**3. Wnt信号激活诱导星形胶质细胞胆固醇蓄积**
从GOF小鼠新鲜分离的星形胶质细胞中，总胆固醇含量升高，游离胆固醇和脂滴染色增强。qPCR显示胆固醇合成基因Srebf2和Hmgcr上调，外排基因ApoE和Abca1下调，而摄取受体Ldlr无显著变化，说明胆固醇蓄积源于合成增加和外排减少。共培养实验中，与GOF星形胶质细胞共培养的少突胶质细胞获得的BODIPY-胆固醇信号显著降低，MYRF、MBP和PLP1表达下降，证实胆固醇供应不足直接抑制髓鞘基因表达。

**4. Wnt信号调控胆固醇合成与外流相关基因的转录**
机制上，双荧光素酶报告基因和ChIP-PCR证明β-CATENIN与LEF1/TCF7结合在Srebf2启动子区域并直接激活其转录。同时，Wnt信号强烈抑制ApoE表达。给予TBTC（一种可上调APOE的小分子）处理后，GOF小鼠和LPS模型脑中APOE表达恢复，Plp1和MYRF的表达也部分恢复。在培养的星形胶质细胞中过表达ApoE可降低突变细胞的BODIPY-胆固醇蓄积，表明APOE下调是胆固醇外流受损的直接原因。

**5. 胆固醇通过MYRF转录因子调节髓鞘基因表达**
体外对原代OPC添加胆固醇（MβCD-胆固醇复合物）处理，发现MYRF阳性新形成少突胶质细胞和MBP阳性成熟少突胶质细胞比例增加，PDGFRA阳性OPC减少，Myrf、Mbp、Plp1表达随时间上调。RNA-seq显示胆固醇处理促进少突胶质细胞分化相关基因表达，同时抑制内源性胆固醇合成基因Hmgcr、Sqle及摄取基因Ldlr，提示存在反馈抑制。敲低Myrf后胆固醇诱导的髓鞘基因表达显著减弱，同时敲低Sox10和Myrf则进一步抑制，表明胆固醇通过MYRF和SOX10协同调控髓鞘基因。

讨论部分指出，该研究首次揭示星形胶质细胞中Wnt信号对胆固醇代谢的双向调控：既直接激活Srebf2转录促进合成，又抑制ApoE表达阻碍外流，导致胆固醇在胞内蓄积并形成脂滴，最终减少向少突胶质细胞的胆固醇供应。这一“炎症→Wnt/β-CATENIN→胆固醇代谢→髓鞘完整性”轴为炎症相关白质损伤和脱髓鞘疾病提供了新理论框架。需要强调的是，LPS诱导的炎症环境复杂，Wnt信号是重要驱动因素但并非唯一介质；TBTC的挽救效应也可能部分涉及RXRα途径。研究局限性包括急性模型为主、缺乏条件性敲除验证必要性、神经功能评估有限等。研究结论：神经炎症通过激活星形胶质细胞Wnt信号，使胆固醇代谢从“合成-外排”平衡转向“合成增加-外排减少”，导致胆固醇供给不足，进而经MYRF途径抑制髓鞘基因表达，最终损害髓鞘完整性；靶向该信号轴有望成为治疗炎症相关脱髓鞘疾病的新策略。