《Brain, Behavior, & Immunity - Health》:Stem cells redirect the neuroinflammatory trajectory of primed microglia in an ovine chorioamnionitis model
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在绵羊绒毛膜羊膜炎模型中,干细胞重定向了预激活小胶质细胞的神经炎症轨迹。产前脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)暴露引发小胶质细胞功能及转录组预激活。多能成体祖细胞(multipotent adult progenitor cells, M
在绵羊绒毛膜羊膜炎模型中,干细胞重定向了预激活小胶质细胞的神经炎症轨迹。产前脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)暴露引发小胶质细胞功能及转录组预激活。多能成体祖细胞(multipotent adult progenitor cells, MAPC)疗法在产前炎症过程中靶向外周免疫细胞。早期MAPC疗法减弱促炎性小胶质细胞活化,并将小胶质细胞重定向为更具免疫调节功能的表型。
早产常由宫内感染(如绒毛膜羊膜炎)引发的全身炎症所介导,炎症信号可通过血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)传递至胎儿脑组织,导致持续性神经炎症和长期不良神经发育结局。小胶质细胞(microglia)作为中枢神经系统的常驻免疫细胞,在将全身炎症转导为神经炎症中发挥核心作用。小胶质细胞促炎与抗炎表型的失衡可导致慢性神经炎症,因此调节其炎症反应而非完全抑制被认为是潜在治疗策略。外周免疫细胞通过释放膜联蛋白A1(Annexin A1, ANXA1)等促消退介质参与炎症消散。多能成体祖细胞(multipotent adult progenitor cells, MAPC)具有免疫调节和再生能力,但其对围产期炎症相关脑损伤的神经免疫调控机制尚需阐明。为此,研究人员在临床相关的绵羊绒毛膜羊膜炎模型中,探讨MAPC疗法对胎儿神经免疫反应的影响,重点关注小胶质细胞功能及外周免疫细胞在血脑屏障处的串扰。
研究人员将27只Texel母羊随机分为四组:对照(羊膜腔及静脉注射生理盐水)、炎症组(羊膜腔内注射脂多糖LPS)、干细胞对照组(静脉注射MAPC)和治疗组(LPS+MAPC)。在132天胎龄剖宫产获取胎儿脑组织,分离小胶质细胞进行RNA测序、吞噬功能检测、炎症因子表达分析及免疫组化。结果显示,MAPC治疗显著改变了LPS诱导的小胶质细胞转录组轨迹,使其向免疫调节表型转化;同时增强了表达ANXA1的中性粒细胞和单核细胞在血脑屏障处的积聚,并保留了小胶质细胞的吞噬凋亡细胞能力(efferocytosis)。结论表明,MAPC早期干预可引导神经免疫反应,对防止持续性神经炎症具有潜在意义。
研究人员采用的主要技术方法包括:(1)绵羊胎儿手术模型:于妊娠121天置入胎儿血管及羊膜腔导管,125天羊膜腔内注射LPS或生理盐水,127天经股静脉注射MAPC或生理盐水,132天剖宫产取材;(2)CD11b磁珠分选分离脑白质及皮层原代小胶质细胞,流式细胞术验证纯度>99%;(3)对皮层小胶质细胞进行RNA测序,通过DESeq2鉴定差异表达基因,并用g:Profiler进行功能富集;(4)qRT-PCR检测促炎及抗炎介质mRNA表达;(5)外源性凋亡Jurkat细胞共培养实验评估小胶质细胞efferocytosis能力;(6)免疫组化检测脑组织及血脑屏障处CD45、IBA-1、MPO和ANXA1表达。样本来源于27只Texel羊(每组5-6只),排除4只早产羊。
3.1 实验绵羊胎儿的特征:通过比较四组胎儿的性别、体重、脑重及脑/体重比,发现各组间均无显著差异,表明实验分组均衡,结果可归因于处理因素。
3.2 分离方法获得高纯度白质和灰质小胶质细胞:采用CD11b磁珠分选结合流式细胞术鉴定,分离的细胞呈典型小胶质细胞形态并表达IBA-1,活细胞中纯度超过99%,排除了明显其他细胞污染。
3.3 灰质小胶质细胞在LPS暴露和MAPC处理后呈现差异基因表达谱:对皮层小胶质细胞进行RNA测序发现,与对照组相比,LPS暴露导致565个差异表达基因(DEGs),MAPC单独处理导致298个DEGs,而LPS+MAPC组与LPS组相比有3124个DEGs。热图聚类显示四个表达簇(小胶质细胞反应性、代谢过程、细胞清除、生物调节)。LPS上调了脑损伤后小胶质细胞激活相关基因(GHR、SPAG5、CKAP2),下调了免疫调节功能相关基因(MYO1E、FSTL1、LEF1);MAPC治疗逆转了部分神经炎症相关基因(CLEC4D、F13A1、KIT),并上调吞噬相关基因(NRBP2)、线粒体自噬相关基因(PKP2),下调白细胞跨内皮迁移相关基因IQGAP1。此外,LPS暴露上调了与智力障碍和发育迟缓相关的基因(KIF4A、ASPM),而MAPC治疗部分逆转了此变化。
3.4 小胶质细胞被LPS预激活,MAPC治疗后efferocytosis能力保留:通过体外吞噬凋亡Jurkat细胞实验,发现与对照组相比,LPS暴露和/或MAPC治疗均增加了小胶质细胞的efferocytosis能力。在体外再次暴露LPS后,曾接受LPS预处理的两组(LPS-SAL和LPS-MAPC)其efferocytosis能力显著高于未接受LPS的两组,提示LPS造成了预激活状态,而MAPC治疗并未削弱该功能。
3.5 MAPC治疗导致表达ANXA1的外周免疫细胞在血脑屏障积聚:免疫组化显示,在LPS+MAPC组中,血脑屏障处的MPO+中性粒细胞和IBA-1+单核细胞数量显著高于LPS单独处理组;同时CD45+白细胞和ANXA1+细胞在血脑屏障和脑实质中也显著增加,表明MAPC增强了外周免疫细胞在血脑屏障的募集及促消退介质的表达。
3.6 白质和灰质小胶质细胞在LPS暴露后MAPC治疗表现出促炎和抗炎表达谱增强:qRT-PCR结果显示,与对照组和LPS组相比,LPS+MAPC组小胶质细胞中抗炎因子(ANXA1、IL-10、galectin)和促炎因子(IL-8、COX-2)的mRNA表达均显著升高,且这种变化在皮层和/或白质中均有体现。此外,吞噬标志物CD68和促炎因子IL-1β也增加,而SOCS3、CD209和TNFα无显著差异。
讨论部分指出,虽然观察时