外周CXCR3阻断缓解tau蛋白病小鼠模型中的T细胞浸润与神经变性

《Neuron》：Peripheral CXCR3 blockade mitigates T cell infiltration and neurodegeneration in a mouse model of tauopathy

　　

趋化因子受体CXCR3介导T细胞向炎症组织的募集，但其在tau蛋白病中的作用尚不明确。本研究发现，海马内注射干扰素-γ（IFNγ）可急性触发CXCL10上调和脑实质T细胞浸润。基因缺失或抗体介导的CXCR3阻断可阻止IFNγ诱导的T细胞浸润。在tau蛋白病及神经变性小鼠模型中，长期系统性抗CXCR3治疗显著减少了实质CD4⁺和CD8⁺ T细胞蓄积，减轻了神经变性，并改善了部分认知功能。CXCR3阻断降低了小胶质细胞MHC-II表达，但未广泛抑制典型的疾病相关炎症表型。单细胞RNA测序和流式细胞术进一步揭示，脑内活化CD4⁺ T细胞亚群比例下降，而CD8⁺ T细胞终末耗竭比例升高。这些发现将CXCR3依赖性趋化确定为与tau介导神经变性相关的T细胞亚群的关键信号通路，并提示CXCR3阻断是tau蛋白病潜在的可改变疾病进程的治疗策略。

**论文解读：CXCR3-CXCL10趋化轴在tau蛋白病中介导T细胞浸润与神经变性的关键作用**

**一、研究背景与科学问题**

神经退行性tau蛋白病，包括阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）和原发性tau蛋白病，以微管相关tau蛋白的进行性积累和错误折叠为病理特征。tau蛋白病理与神经变性及复杂的神经免疫微环境密切相关。近年来，多项研究证实T细胞和适应性免疫在tau介导的神经变性中发挥重要作用，这在人类晚期tau蛋白病脑组织和转基因小鼠模型中均有体现。然而，驱动T细胞向脑内归巢和浸润的信号通路在tau蛋白病中仍不清楚。因此，识别并靶向介导T细胞进入脑实质的分子机制，可能为tau蛋白病提供新的治疗策略。

CXCR3是一种在T细胞上明确表达的趋化因子受体，主要表达于活化的辅助性T细胞1（T helper 1, Th1）极化CD4⁺ T细胞和细胞毒性CD8⁺ T细胞。其经典趋化因子配体CXCL9、CXCL10和CXCL11由干扰素-γ（interferon-γ, IFNγ）诱导产生，在慢性炎症中含量丰富。在周围组织中，CXCR3-配体相互作用协调T细胞向组织的募集和浸润。已有证据表明该轴参与神经炎症过程，例如在年龄相关的白质变性中，CXCL10和CXCR3促进CD8 T细胞向白质募集。然而，在tau蛋白病等进行性神经退行性疾病中，CXCR3-配体相互作用在脑实质中的作用在很大程度上尚未被探索。

已有报道显示AD患者死后脑组织、脑脊液和血浆中CXCL10水平升高，且AD患者外周血CD8⁺ T细胞中CXCR3相关的染色质可及性增加。体外3D人神经免疫轴模型也提示星形胶质细胞CXCL10及其受体CXCR3在AD病理存在时调节CD8⁺ T细胞趋化和神经元损伤。尽管tau蛋白病小鼠模型中也观察到脑内CXCL10升高，但CXCR3信号是否对tau蛋白病中T细胞穿越血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）的浸润及神经变性具有重要意义，尚缺乏体内实验的直接验证。

研究人员假设CXCR3轴是tau蛋白病中脑浸润T细胞的重要趋化梯度，从而将外周免疫激活与tau驱动的脑损伤联系起来。为此，研究人员建立了通过立体定向注射重组IFNγ至海马诱导急性脑T细胞浸润的模型，该模型证实了CXCR3抗体阻断及Cxcr3或Cxcl10基因缺失可阻止脑T细胞浸润。随后，研究人员在tau蛋白病小鼠模型中应用治疗性给药方案，以确定CXCR3阻断对T细胞浸润、脑部炎症、tau病理和神经变性的影响。该研究发表在《Neuron》杂志，首次在体内定义了CXCR3轴作为关键靶点，其阻断可缓解CD4⁺和CD8⁺ T细胞浸润，并在不改变可溶性或不溶性tau水平的情况下赋予神经保护作用。

**二、主要技术方法**

该研究使用了多种关键技术方法。在动物模型方面，研究人员采用人tau P301S突变转基因小鼠（PS19）与人类ApoE4敲入小鼠杂交产生的TE4小鼠，该模型在9.5月龄时出现显著神经变性和T细胞浸润，并以表达人ApoE4但无tau转基因的野生型同窝小鼠作为非疾病对照组。研究还使用了Cxcl10和Cxcr3全基因敲除小鼠。主要技术手段包括：立体定向脑内注射重组细胞因子建立急性T细胞浸润模型；中和性抗CXCR3抗体系统的长期外周给药；免疫荧光染色和体积学分析评估T细胞浸润和脑区萎缩；流式细胞术定量分析免疫细胞亚群和相关分子表达；单细胞RNA测序（scRNA-seq）结合T细胞受体富集分析浸润T细胞的转录组特征；以及行为学测试（新物体识别、Y迷宫、条件性恐惧）评估认知功能。

**三、研究结果**

**1. 脑内注射IFNγ诱导急性T细胞浸润并与星形胶质细胞CXCL10表达相关**

研究人员向5月龄ApoE4（E4）敲入小鼠海马立体定向注射重组鼠IFNγ，5天后检测到显著的脑T细胞浸润，其程度与9.5月龄TE4小鼠相当。在Cxcl10或Cxcr3全基因敲除小鼠中，该浸润完全消失。重组CXCL10注射可模拟IFNγ的作用。免疫荧光共定位分析显示，CXCL10主要与GFAP阳性的星形胶质细胞相关，而非与Iba1或NeuN阳性细胞相关。此外，TE4小鼠脑内星形胶质细胞CXCL10随年龄增长而增加，并与AT8磷酸化tau免疫反应性呈显著正相关（r=0.8015）。在E4和9.5月龄TE4小鼠脑中未检测到CXCL9和CXCL11。

**2. IFNγ诱导的脑T细胞浸润可被CXCR3阻断所消除**

为验证CXCR3抗体介导阻断的概念，在脑内注射IFNγ前1小时，研究人员对5月龄E4和TE4小鼠单次腹腔注射抗CXCR3中和抗体或同型对照IgG。与IgG对照组相比，抗CXCR3显著减少了E4和TE4小鼠的脑T细胞浸润，对CD4⁺和CD8⁺ T细胞显示出相似的减少程度，且不影响小胶质细胞、自然杀伤（NK）细胞和NKT细胞的丰度，脾脏T细胞比例亦无差异，提示脑特异性效应。

**3. 外周CXCR3阻断显著减少tau蛋白病模型中的脑实质T细胞浸润和tau介导的神经变性**

研究人员对6月龄TE4小鼠每5天腹腔注射抗CXCR3或IgG对照抗体，持续三个半月。免疫荧光染色显示抗CXCR3处理的小鼠脑实质中CD3、CD4和CD8阳性T细胞均显著减少约50%。神经变性评估显示，抗CXCR3治疗显著改善了TE4小鼠齿状回颗粒细胞层厚度和神经元数量的减少，并显著减轻了海马和嗅内嗅/梨状皮质的萎缩（约40%），同时减少了脑室扩张，在雄性和雌性小鼠中均观察到一致效果。AT8免疫染色和Sarkosyl分离后的tau生化分析显示，抗CXCR3处理不影响总体tau病理或磷酸化tau水平。然而，血浆神经丝轻链（neurofilament light chain, Nf-L）水平在抗CXCR3处理的TE4小鼠中显著降低。行为学测试中，抗CXCR3处理的TE4小鼠在新物体识别任务中对新物体的探索时间显著增加，提示认知功能有所改善。

**4. CXCR3阻断降低小胶质细胞MHC-II表达而不影响经典炎症表型**

免疫染色分析显示，抗CXCR3处理未改变TE4小鼠脑内小胶质细胞标记物Iba1、稳态标记物（Tmem119、P2ry12）或疾病相关小胶质细胞标记物Clec7a的表达，也未改变星形胶质细胞反应性标记物GFAP和S100b的表达。然而，表达MHC-II的小胶质细胞在抗CXCR3处理组中显著减少。海马组织IFNγ水平在抗CXCR3处理组中亦降低，而血浆CXCL10水平未受影响。此外，利用CSF1R抑制剂PLX3397耗竭小胶质细胞可显著降低TE4小鼠海马CXCL10表达和CD3⁺ T细胞浸润，提示小胶质细胞在介导星形胶质细胞CXCL10表达和T细胞浸润中发挥作用。

**5. CXCR3阻断改变CD4和CD8 T细胞亚群的比例**

通过scRNA-seq对TE4小鼠脑内CD45^hi分选的淋巴细胞进行分析，研究发现抗CXCR3处理改变了T细胞亚群的比例。在CD4⁺ T细胞中，Th1样CD4⁺ T细胞（Cxcr3⁺ Xcl1⁺ CD40lg⁺）、初始CD4⁺ T细胞和干扰素反应性CD4⁺ T细胞显著减少，而Th17和调节性T细胞（Tregs）未受影响。在CD8⁺ T细胞中，细胞毒性CD8⁺ T细胞减少，而耗竭性CD8⁺ T细胞（Pdcd1⁺ Tox⁺ Tigit⁺）比例增加。流式细胞术进一步定量验证了总T细胞和Th1（CD4⁺ T-bet⁺ IFNγ⁺） T细胞的显著减少，并显示在耗竭的CD8 T细胞群体中，终末耗竭亚群（CD39⁺ Ly108^-）比例升高，而祖细胞样（CD39^- Ly108⁺）和过渡耗竭（CD39⁺ Ly108⁺）亚群比例降低。

**四、总结与讨论**

该研究揭示了CXCR3-CXCL10信号轴是tau蛋白病中T细胞向脑实质浸润的主要介导通路，并证明外周抗CXCR3抗体治疗能够在不影响总体tau病理的情况下，减少致病性T细胞浸润、减轻神经变性并改善部分认知功能。scRNA-seq和流式细胞术结果提示，CXCR3阻断主要通过抑制Th1样CD4⁺ T细胞浸润并促进CD8⁺ T细胞转为终末耗竭状态来发挥神经保护作用，这可能是CD4⁺ T细胞支持CD8⁺ T细胞效应功能的关键作用被削弱的结果。研究人员还发现，星形胶质细胞是tau病理背景下CXCL10的主要来源，而小胶质细胞通过调控星形胶质细胞CXCL10表达参与T细胞募集，形成多细胞级联反应。

研究局限性包括未直接检测T细胞内在CXCR3依赖性以及CXCL9和CXCL11可能的代偿作用，以及未排除tau生物活性改变的可能性。研究人员强调，尽管抗CXCR3阻断不能完全清除所有T细胞浸润，但显著减少了与致病相关的T细胞亚群，避免了广泛T细胞清除可能带来的免疫抑制风险。该研究的结论是，CXCR3阻断减轻了T细胞浸润和神经变性，且对tau积累无明显影响，支持了T细胞浸润促进tau驱动的炎症并加速神经变性的假说。因此，抑制CXCR3可能是tau蛋白病中一种无需小分子或生物制剂穿透血脑屏障即可实现神经保护的潜在疾病修饰治疗策略。