抑制CD137L减轻小鼠败血症相关脑病中的海马神经炎症和行为障碍

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CD137L 小胶质细胞 炎症 焦虑 认知 TKS-1

背景介绍

败血症（Sepsis）是由宿主体内不受控的感染所引起的威胁生命的多器官功能障碍症，是重症监护室死亡的主要原因之一。据报道，每10万人年中约有189 例成年败血症住院治疗病例，死亡率达26.7%。败血症相关脑病（Sepsis-Associated Encephalopathy，SAE）是由周围或全身炎症感染引起的中央脑功能障碍。约70%的严重败血症患者会发展成SAE，这增加了死亡率，延长住院时间，并导致过度的医疗资源消耗。其症状范围从谵妄到昏迷，早期诊断和干预对治疗败血症患者至关重要。然而，SAE的病理机制尚未完全阐明。

小胶质细胞是中枢神经系统（CNS）中的常驻巨噬细胞，与SAE的发病机制密切相关。失控的神经炎症是SAE的主要特征，也是导致该状态下脑功能异常和神经元死亡的主要原因。研究表明，在SAE期间，小胶质细胞的激活与情绪困扰、焦虑、抑郁和认知障碍密切相关。在败血症动物模型中，小胶质细胞通常通过脂多糖（LPS）刺激被激活，并在介导SAE相关行为变化中起关键作用。小胶质细胞的激活状态可分为两种主要表型：M1和M2。M1小胶质细胞产生与组织和神经损伤相关的促炎因子，而M2小胶质细胞则产生抗炎因子，促进组织和神经修复。

CD137L（TNFSF9，4-1BBL）是一种属于肿瘤坏死因子（TNF）配体家族的跨膜糖蛋白，在适应性免疫反应中发挥重要作用。研究表明，通过阻断CD137L信号可以减少神经炎症介质的释放，并且在CD137L缺陷小鼠中几乎不会发生神经退行性疾病。在此背景下，本文作者假设CD137受体/配体系统通过调节小胶质细胞的极化状态，影响SAE诱导的神经炎症和认知行为障碍。

论文来源

这篇研究论文由Fang Qiu等人撰写，作者来自多家中国科研机构，包括深圳龙华区中心医院、中国科学院深圳先进技术研究院、广东医科大学等。论文于2023年10月5日发布在《Neuromolecular Medicine》期刊上。

研究过程

败血症相关脑病小鼠模型的建立

研究严格遵循动物研究的伦理指南，由广东医科大学的动物护理和使用委员会批准。实验使用了成年雄性C57BL/6小鼠，通过腹腔注射LPS (2 mg/kg)来建立SAE模型。在行为测试开始前24小时进行LPS注射。小鼠分为三组：对照组（Ctrl），LPS处理组（LPS），以及LPS加TKS-1处理组（LPS+TKS-1）。用CD137L中和性抗体TKS-1 (200 µg) 对LPS+TKS-1组小鼠进行处理。

行为测试

所有行为测试在恒温室内，于光照周期进行，实验者和分析者对实验分组情况进行了盲法处理。行为测试包括开放场测试（OFT）、高架十字迷宫测试（EPM）和Y迷宫自发交替行为测试，评估小鼠焦虑样行为和空间记忆能力。

细胞培养及处理

实验中使用的BV2小胶质细胞系来自深圳大学。为了验证CD137L/CD137信号轴在小胶质细胞中的作用，使用重组CD137-Fc融合蛋白和CD137L中和抗体TKS-1进行细胞实验。

流式细胞术

在BV2细胞中通过流式细胞术检测了LPS对CD137L表达的影响。细胞按如下分组：对照组（Ctrl），LPS处理组（LPS），和TKS-1+LPS处理组（TKS-1+LPS）。随后用适当的Alexa Fluor染料标记次级抗体进行检测。

酶联免疫吸附实验（ELISA）

BV2细胞的培养上清和小鼠海马组织储存在-80°C进行处理。采用ELISA试剂盒检测细胞因子和蛋白表达水平。

免疫荧光染色

通过免疫荧光染色检测实验组小鼠海马中的Iba1，CD137L，TNF-α和IL-6的表达及共定位情况。

实时定量PCR (RT-qPCR)

从小鼠海马或BV2细胞中提取总RNA，并进行RT-qPCR检测。利用RT-qPCR测定小胶质细胞激活标记基因和炎症因子的相对表达水平。

数据分析

所有数据通过GraphPad Prism 7软件进行分析。两组间比较使用双尾t检验，多组间比较使用单因素方差分析（ANOVA）。

主要结果

研究发现，LPS处理后小鼠海马中的CD137L表达显著性上调，并在小胶质细胞中明显表达。同时，CD137L中和抗体TKS-1的预处理显著降低了CD137L水平，抑制了促炎因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）的表达和小胶质细胞的M1极化。此外，CD137-Fc融合蛋白激活了BV2小胶质细胞中促炎因子的合成和释放。而在行为方面，TKS-1的给药显著缓解了LPS诱导的焦虑样行为和空间记忆下降。

这些结果表明，小胶质细胞中CD137L的上调参与了LPS诱导的神经炎症、焦虑样行为和认知功能障碍。因此，调节CD137L/CD137信号通路有望成为减少败血症相关脑损伤，预防认知和情感障碍的有效方法。

研究意义

本研究揭示了CD137L在LPS诱导的败血症相关脑病中，通过调节小胶质细胞极化状态，影响神经炎症和认知行为障碍的关键作用。这一发现为SAE的治疗提供了崭新的思路，尤其是通过靶向CD137L信号通路，可能为临床治疗SI和SAE提供了重要的理论基础和临床应用前景。

研究亮点

  1. 重要发现：首次证实CD137L在败血症相关脑病中的关键作用。
  2. 高影响力：研究结果对败血症相关脑病的理解和治疗具有重要意义。
  3. 创新性方法：实验中使用的CD137L中和抗体TKS-1显示出在靶向神经炎症方面的有效性，提出了新的治疗途径。

通过本文的研究，科学家们进一步了解了小胶质细胞在败血症相关脑病中的作用机制，为未来开发有效治疗SAE的方法提供了重要实验数据和理论支持。