感觉神经元mTORC1激酶信号建立启动过敏性免疫的神经免疫记忆

《Immunity》：Sensory neuronal mTORC1 kinase signaling establishes neuroimmune memory that initiates allergic immunity

　　

环境过敏原富含蛋白酶活性，可激活皮肤感觉神经元，触发瘙痒和P物质（substance P, SP）释放，促进2型辅助T（T helper 2, Th2）细胞偏斜的CD301b+树突状细胞（dendritic cells, DCs）迁移并启动过敏性免疫。然而过敏原通常经反复亚阈值暴露被接触，这些暴露如何累积诱导致敏尚不清楚。研究人员发现一种感觉神经元内在的神经免疫记忆机制：蛋白酶过敏原暴露可在感觉神经元中诱导持续的雷帕霉素机制性靶蛋白复合物1（mechanistic target of rapamycin complex 1, mTORC1）激酶信号，以及转录共激活因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α, PGC-1α）相关的线粒体重塑，形成代谢预激活且神经元反应性增强的状态。再次暴露时，该状态驱动增强的瘙痒、CD301b+ DC迁移和Th2细胞分化。破坏神经元mTORC1信号或线粒体稳定性可消除这种放大效应，但不影响原发反应。该机制在不同蛋白酶过敏原间具有普遍性，揭示感觉神经元中mTORC1驱动的代谢重编程是一种先天神经免疫记忆，可解释过敏原交叉致敏与多重致敏。

研究背景方面，2型或过敏性免疫反应以CD4⁺ Th2细胞分化和免疫球蛋白E（immunoglobulin E, IgE）产生为特征，可由蠕虫、毒液和环境过敏原等触发。许多此类刺激具有统一特征即蛋白酶活性。已有研究证明蛋白酶过敏原可被皮肤中瞬时受体电位香草酸亚型1（transient receptor potential vanilloid subtype 1, TRPV1）⁺肽能感觉神经元直接识别，引起急性瘙痒并释放SP，促进肥大细胞活化和Th2偏斜的CD301b⁺ DC向引流淋巴结（draining lymph nodes, dLNs）迁移，从而启动过敏性免疫。但在自然与实验场景中，过敏原多经反复低剂量暴露进入机体，这些单独低于阈值的暴露如何累积驱动过敏致敏尚不清楚。神经元是高耗能细胞，依赖线粒体氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）维持兴奋性与神经传递；未髓鞘C纤维因长轴和ATP需求高而易受能量应激影响。炎症痛模型中存在增强线粒体功能导致的持久痛觉敏化即痛觉 priming。研究人员假设：反复低剂量蛋白酶过敏原暴露会在感觉神经元中诱导神经元内在的“记忆”或训练状态，即神经免疫记忆，其由持续mTORC1信号驱动PGC-1α相关线粒体适应，使再次暴露时感觉与免疫应答均被放大。该论文发表于《Immunity》。

主要关键技术方法方面，研究人员使用野生型C57BL/6小鼠、Kaede光转换小鼠、Tcra^?/?、μMT^?/?、Rag2^?/?、Cpa3^Cre/+、Tac1^?/?以及Scn10a^Cre/+驱动的条件性Raptor、Rictor、Tsc1、Tfam等位基因小鼠；采用颊部皮内（intradermal, i.d.）注射模型进行反复过敏原暴露与瘙痒行为学评估，足垫注射联合Kaede光转换示踪皮肤DC迁移，流式细胞术分析dLN中CD301b⁺ DC与CD4⁺CD44⁺ T细胞细胞因子；原代背根神经节（dorsal root ganglia, DRG）/三叉神经节（trigeminal ganglia, TG）神经元培养用于钙成像、SP酶联免疫吸附测定（enzyme-linked immunochemical assay, ELISA）、蛋白质印迹与Seahorse线粒体应激检测；批量RNA测序（bulk RNA sequencing, RNA-seq）结合基因集富集分析（gene set enrichment analysis, GSEA）解析代谢通路；药理抑制（sirolimus、temsirolimus、QX314、A-803467）与神经元特异性基因缺失互为印证。

研究结果方面：

反复过敏原暴露放大再次暴露时的感觉和免疫应答。研究人员通过野生型小鼠每7天皮内注射木瓜蛋白酶（papain, Pap）建立反复暴露模型，发现初次Ova不引发训练，热灭活木瓜蛋白酶（heat-inactivated papain, HIP）无瘙痒；而Pap-Pap组再次暴露瘙痒显著增强，dLN中PDL2⁺CD301b⁺ DC增多，CD103⁺ DC基本不受影响，IL-4⁺与IL-13⁺ CD4⁺ T细胞增加，说明反复蛋白酶过敏原暴露建立记忆样神经免疫表型。

过敏原诱导的神经免疫训练不依赖适应性淋巴细胞。研究人员以同侧与对侧颊注射证明训练为局部印记；Tcra^?/?、μMT^?/?、Rag2^?/?小鼠仍保留增强瘙痒与DC迁移，Cpa3^Cre/+小鼠缺失肥大细胞与嗜碱性粒细胞也如此，表明该现象独立于适应性淋巴细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞和循环介质。

过敏原诱导的神经免疫训练需要神经元激活。研究人员用QX314与Nav1.8钠通道阻断剂A-803467在初次暴露时沉默TRPV1/TRPA1神经元，消除再次增强的瘙痒与CD301b⁺ DC迁移；TG神经元经Pap再刺激释放更多SP，其上清即可增强Kaede^Red CD301b⁺ DC迁移；Tac1^?/?小鼠增强瘙痒仍在，但DC迁移受损，说明训练需感觉神经元激活，SP主要放大DC迁移而非瘙痒。

蛋白酶过敏原刺激在感觉神经元中诱导持续mTORC1激活。研究人员对注射后TG做bulk RNA-seq，GSEA显示脂肪酸代谢与mTORC1信号上调且被QX314削弱；体外DRG神经元Pap刺激30分钟即见核糖体蛋白S6磷酸化（pS6 Ser235/236），体内注射后7天TG仍约2倍pS6，sirolimus可抑制造模，证明蛋白酶过敏原引起感觉神经元持续mTORC1信号。

感觉神经元mTORC1激活是过敏原诱导神经免疫记忆所必需的。研究人员用sirolimus与temsirolimus处理，不改变原发瘙痒与DC迁移，但消除再次暴露放大效应；Scn10a^Cre/+Raptor^fl/fl小鼠原发正常而再暴露无增强，TG的SP释放下降；Scn10a^Cre/+Tsc1^fl/+小鼠单次Pap即出现训练表型。mTORC2经Rictor缺失不影响该过程，故mTORC1而非mTORC2是长期适应的核心。

mTORC1驱动线粒体重塑与代谢重编程以促进神经免疫记忆。研究人员发现Pap暴露24小时至7天TG中PGC-1α蛋白持续升高，Raptor缺失削弱该诱导；TOM20染色显示线粒体增大、延长、分支增多，钙成像显示低剂量Pap即可引起更大钙内流与更高反应神经元比例；Seahorse显示基础与最大耗氧率（oxygen consumption rate, OCR）、备用呼吸能力（spare respiratory capacity, SRC）增强而细胞外酸化率（extracellular acidification rate, ECAR）不变。Scn10a^Cre/+Tfam^fl/+小鼠线粒体不稳定，原发正常但再暴露无增强瘙痒、DC迁移与Th2分化，说明线粒体完整性与可诱导呼吸重塑为训练所必需；辣椒素单独激活TRPV1不足以训练。

过敏原诱导的神经免疫训练实现抗原非依赖性交叉致敏。研究人员用Pap预暴露后以屋尘螨（house dust mite, HDM）或链格孢（Alternaria alternata）挑战，发现无抗原重叠的蛋白酶过敏原仍可交叉增强瘙痒、CD301b⁺ DC迁移与HDM特异性IL-4/IL-13；训练持续约21天、第28天消退，pS6同步回落；Scn10a^Cre/+Raptor^fl/fl与Tfam单倍不足神经元均阻断交叉致敏，证明感觉神经元mTORC1-线粒体轴是多重致敏的神经元基础。

讨论部分总结方面，研究人员指出环境过敏原常经反复低剂量暴露，而单个亚阈值事件如何累积致敏不明；本研究确立感觉神经元内在神经免疫记忆：蛋白酶过敏原引起持续mTORC1激活与PGC-1α相关线粒体重塑，使神经元对再刺激阈值降低，放大瘙痒、CD301b⁺ DC迁移与Th2启动。该训练持续数周而非永久，可跨越抗原不同的蛋白酶过敏原，为特应性疾病中单一致敏向多重致敏进展提供神经元机制，并将感觉神经元与先天免疫细胞并列作为训练免疫载体。其类似于痛觉hyperalgesic priming，但蛋白酶活性必要而具体传感器未明；训练不依赖适应性免疫、肥大细胞等，mTORC1是“是否记住过敏原”的分子开关；mTORC1经PGC-1α增强OXPHOS而非糖酵解，SP选择性介导DC迁移。该状态时限约3周，可能桥接季节性连续暴露，又因感觉神经元终身存在而设为可逆以避免永久病理激活。

研究结论部分翻译：环境过敏原最常通过反复低剂量暴露被接触，但这些单独亚阈值暴露如何累积触发过敏性免疫仍不清楚。在此，研究人员确立了一种感觉神经元内在的神经免疫记忆机制，其中蛋白酶过敏原暴露诱导持续的mTORC1激活与线粒体重塑。这种训练状态提高神经元对过敏原再刺激的敏感性，在再次暴露时放大瘙痒、CD301b⁺ DC迁移和Th2细胞启动。训练持续数周但非永久，定义一个时限性高反应窗口。由于该机制可推广至抗原不同的蛋白酶过敏原，其为特应性疾病中的多重致敏提供了潜在神经元基础，并将感觉神经元与先天免疫细胞并列作为训练免疫的场所。