小胶质细胞介导的神经炎症对神经元退行性死亡所起作用的机制研究

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细胞焦亡是一种炎性细胞程序性死亡过程。大脑里的小胶质细胞焦亡以及它的调控机制到目前为止还没有研究清楚。在这篇文章里,我们将系统地阐述小胶质细胞焦亡的各项特征,以及抗炎因子白介素10(IL-10)对小胶质细胞焦亡发挥的重要调控机制。经研究发现,IL-10敲除的小胶质细胞在脂多糖(LPS)的刺激下展现了多种细胞焦亡特征性的指标,包括活性的半胱天冬酶-1(caspase-1)染色,碘化丙啶的膜通透性增强,细胞肿胀;胞外释放乳酸脱氢酶和白介素1β(IL-1β);并伴有半胱天冬酶-1前体蛋白(pro-caspase-1),白介素1β前体蛋白(pro-IL-1β)和GSDMD蛋白的切割,GSDMD蛋白的N端蛋白膜转运现象。而且,我们发现相比较野生型小鼠,IL-10敲除的小鼠在LPS往中脑黑质区注射24小时后,该区域表现出更多的细胞焦亡的指标,1个月后,中脑黑质区出现更严重的神经炎症,多巴胺神经元的死亡,以及运动障碍。而这些在IL-10敲除的小鼠中出现的表型可以很好得被IL-1β中和抗体,caspase-1抑制剂以及caspase-1基因敲除等方法所阻断。近一步的机制研究发现IL-10能够抑制NADPH氧化酶来源的活性氧族(ROS)在细胞内的累积。ROS的清除剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)和NADPH氧化酶的抑制剂都能显著地减少IL-10敲除的小胶质细胞中由LPS诱导NLRP3依赖的caspase-1激活,IL-1β成熟,GSDMD切割和细胞焦亡。因此,IL-10阻止小胶质细胞焦亡是通过抑制ROS的积累,进而抑制NLRP3炎症小体激活,抑制了caspase-1参与的IL-1β和GSDMD的切割。这篇文章证明了IL-10对慢性神经炎症和渐进性神经退行的一种新型保护机制,同时也启示我们IL-10的抗炎作用和抑制小胶质细胞焦亡有望作为治疗神经退行性疾病的有效策略。越来越多的证据证明尼古丁和乙酰胆碱可以很大程度上抑制神经炎症。α7尼古丁乙酰胆碱受体(α7 n ACh R)在大脑中最多的乙酰胆碱受体之一。小胶质细胞作为大脑中的巨噬细胞,在中枢神经系统调节免疫反应时,既具有神经保护作用又具有神经毒性的特性,同时也表达α7 n ACh R。因小胶质细胞的过度激活而介导的神经炎症已经被证明与神经退行性疾病有着很大的关系。然而,小胶质细胞上的α7 n ACh R是否参与到抑制神经炎症从而减缓神经退行死亡还不清楚。在这篇文章中,我们培养了野生型(WT)和α7 n ACh R敲除(KO)的老鼠的小胶质细胞,用脂多糖(LPS)处理后比较两种基因型的神经炎症的程度。首先,我们比较的是超氧化物的产量,它代表着氧化压力。从结果可以看出,α7 n ACh R KO的小胶质细胞在LPS的刺激下会产生更多的超氧化物。此外,α7 n ACh R KO还有抑制诱导型一氧化氮合酶合成一氧化氮,抑制促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白介素1β(IL-1β)释放的作用。因为,相比于WT,这些炎症介质的水平在α7 n ACh R KO小胶质细胞中更高。除此之外,重组的细胞培养技术证明了同样的LPS处理,WT的多巴胺神经元在和α7 n ACh R KO小胶质细胞共培养时就是更敏感容易受损死亡,而与WT小胶质细胞共培养时情况得到缓和。从这些结果我们可以看出,小胶质细胞上的α7 n ACh R通过抵抗LPS诱导超氧化物的产生,一氧化氮的合成,以及促炎因子的释放来保护神经退行性死亡。这将会给我们提供治疗神经炎症和神经退行性疾病新的靶点。
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