外周内毒素血症与小胶质细胞激活、神经元凋亡及淀粉样前体蛋白积累相关

《Neuroscience Letters》：Peripheral endotoxemia is associated with microglial activation, neuronal apoptosis, and amyloid precursor protein accumulation

　　## 摘要慢性小胶质细胞激活及其引发的神经炎症级联反应推动着阿尔茨海默病（AD）的进展。全身性脂多糖（LPS）会引发强烈的小胶质细胞反应，并与神经退行性疾病相关，然而与慢性外周内毒素血症相关的神经炎症及神经元改变的完整谱系仍未得到完全阐明。我们假设，持续的外周内毒素血症会建立一种以小胶质细胞激活、线粒体功能障碍和神经元凋亡为特征的神经炎症环境，并伴有淀粉样前体蛋白（APP）的积累。我们分析了与LPS暴露相关的炎症特征的公开转录组数据集，包括BV2小胶质细胞（GSE18740）和小鼠脑组织（GSE3253）。将HT22神经元暴露于LPS刺激的BV2细胞的条件培养基中，并测量凋亡标志物。成年大鼠在六个月内接受反复全身性LPS注射以模拟慢性内毒素血症；随后通过免疫组织化学分析脑切片中的CD68（小胶质细胞激活）、裂解的caspase-3（凋亡）和App。各数据集中炎症相关通路均持续上调。活化的BV2小胶质细胞条件培养基可增加神经元凋亡。LPS处理的小胶质细胞以及用BV2条件培养基培养的HT22神经元均表现出活性氧生成增加和线粒体膜电位降低。内毒素血症模型表现出皮层-海马小胶质细胞增多症、裂解的caspase-3升高和App积累。这些结果支持了以下假设：外周内毒素血症可能传播小胶质细胞的过度激活，进而促进神经元凋亡和App积累。调节此处鉴定出的炎症相关通路是否能够减轻这种小胶质细胞介导的神经退行性病变，值得进行专门研究。## 片段### 意义声明1. LPS激活的小胶质细胞释放可溶性因子，在神经元中诱导氧化应激和线粒体膜电位崩溃，从而触发神经元凋亡。2. 大鼠皮下注射LPS六个月可产生进行性小胶质细胞增多症、神经元丢失和淀粉样前体蛋白积累，为在明显神经退行性病变发生之前测试针对小胶质细胞的干预提供了模型。3. 跨数据集分析鉴定出Ccl2、Cxcl10、Il1b和Tlr2作为持续上调的炎症因子。### 数据收集基因表达数据集GSE18740（用LPS处理BV2细胞24小时，n=3）和GSE3253（老年小鼠脑，腹腔注射LPS 4小时后的组织，n=3）从GEO数据库下载。获得归一化表达数据，并使用相应的GPL注释文件进行基因符号注释。### 差异表达基因筛选使用limma包鉴定差异表达基因（DEGs），阈值为（|log?FC| > 1，P < 0.05），并通过ggplot2进行可视化。上调的DEGs……### 转录组分析鉴定小胶质细胞和脑组织中LPS诱导的炎症相关基因特征对GSE18740数据集的转录组分析在LPS刺激的BV2细胞中鉴定出616个DEGs（379个上调，237个下调）（SFig. 1A）。在GSE3253小鼠脑组织中，鉴定出2,207个DEGs（1,180个上调，1,027个下调）（SFig. 1B）。表S3和表S4列出了详细的DEGs。GO和KEGG分析显示，两个数据集中均富集于细胞因子产生、NF-κB信号、TNF信号和TLR信号通路（SFig. 1C–F）。通过将上调的DEGs与……### 讨论本研究检验了以下假设：LPS通过小胶质细胞激活诱导神经炎症，进而驱动神经元凋亡。我们首先进行生物信息学分析，鉴定与LPS暴露相关的炎症通路和核心基因，然后在体外证实LPS激活小胶质细胞并促进促炎细胞因子的分泌。更重要的是，我们使用间接的小胶质细胞-神经元共培养系统，确定LPS激活的小胶质细胞是否促进神经元……### 结论通过整合转录组、体外和体内方法，本研究证明慢性外周内毒素血症可能传播小胶质细胞激活，并驱动线粒体依赖性神经元凋亡以及早期淀粉样前体蛋白APP的上调。这些发现支持了散发性AD的内毒素假说，并为测试小胶质细胞表型调节疗法提供了临床前模型。### CRediT作者贡献声明**Li Niu（牛力）：** 写作——审阅与编辑、写作——初稿、正式分析、概念构思。**Chenjing Yang（杨晨静）：** 写作——审阅与编辑、方法学、数据整理。**Yubo Li（李宇博）：** 写作——审阅与编辑、正式分析、数据整理。**Chongxiao Qu（曲崇霄）：** 方法学、数据整理。**Linzhi Guo（郭林知）：** 写作——审阅与编辑、方法学。**Zhao Liping（赵丽萍）：** 写作——审阅与编辑、调查。**Jin Zhang（张金）：** 写作——审阅与编辑、数据。### 知情同意不适用。### 伦理审批与参与同意所有动物程序均已获得山西医科大学机构动物照顾和使用委员会批准（批准编号：2021–062）。### 资金支持本研究由山西省应用基础研究项目（编号：20210302123319）和山西医科大学博士科研启动基金（BS03201603）资助。### 利益冲突声明作者声明他们不存在已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文中报告的工作。### 致谢我们感谢数据平台在收集与共享宝贵数据方面所做的努力。Li Niu | Chenjing Yang | Yubo Li | Chongxiao Qu | Linzhi Guo | Hao Wu | Liping Zhao | Jin Zhang | Fan Lu | Jianjun Zhu | Ming Liu