STM | 靶向钠钾泵可减弱星形胶质细胞反应性，有望防止神经退行性病变

撰文 | 大大卷

责编 | 翊竑

Tau蛋白病（tauopathy）是一类神经退行性疾病，包括阿尔茨海默病（AD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）、额颞叶痴呆（FTD）、进行性核上性麻痹（PSP）等等。Tau蛋白病的病理特征包括β-淀粉样蛋白在脑中沉淀、Tau蛋白过度磷酸化导致神经原纤维缠结（NFT）以及大脑萎缩【1, 2】。

Tau蛋白病的致病因素复杂，尽管在Tau蛋白病发展早期就会出现Aβ和tau的病理变化，但这不足以完全介导神经退行性变。越来越多的研究发现，星形胶质细胞激活导致的神经炎症才是导致tau蛋白病退行性发展的原因【3, 4】。

在大脑遇到创伤、感染、神经变性和局部缺血等病理性刺激下，星形胶质细胞会激活为反应性星形胶质细胞（reactive astrocytes或astrogliosis）【5】。反应性星形胶质细胞导致免疫介质激活和促炎细胞因子释放，进而影响神经退行性变。同时，反应性星形胶质细胞或星形胶质细胞增生也是tau蛋白病的一项重要病理特征【6】。然而，星形胶质细胞对神经退行性过程的作用机制尚未完全阐明。

2022年2月16日，华盛顿大学医学院的Gilbert Gallardo研究组在Science Translational Medicine上发表了题为Astrocytic α2-Na⁺/K⁺ ATPase inhibition suppresses astrocyte reactivity and reduces neurodegeneration in a tauopathy mouse model的研究论文，揭示了星形胶质细胞中的α2-Na⁺/K⁺ ATPase（α2-NKA）是神经退行性发展过程中的关键调控因子，抑制该因子可以减弱星形胶质细胞反应性，进而防止tau相关的病理表现。

Gilbert Gallardo等之前就在ALS人类脊髓样本和ALS小鼠模型（表达人源SOD1^G93A）的星形胶质细胞中，发现α2-Na⁺/K⁺ ATPase（α2-NKA）显著富集【7】。当敲低ALS小鼠模型的α2-NKA时，可保护运动神经元免于退化，意味着α2-NKA也许调控神经退行性变。在本工作中，研究者们在AD患者颞叶皮层和PSP患者大脑分别检测ATP1A2基因（编码α2-NKA）的表达，与正常对照相比，这两种疾病中α2-NKA表达量也显著增加。

研究者们首先建立了tau-tg小鼠模型，该小鼠模型有类似人类tau蛋白病的病理特征，包括脑萎缩和胶质细胞反应性，并随年龄增大而增加。对3、6和9个月大的tau-tg小鼠中的α2-NKA和GFAP蛋白（反应性星形胶质细胞增生的指标）进行免疫印迹分析，显示α2-NKA和GFAP表达量均随年龄增长。α2-NKA的含量升高与星形胶质细胞增生相吻合，意味着α2-NKA可能通过调节星形胶质细胞反应性来影响tau蛋白病的发生。

研究者们推测，抑制α2-NKA会减轻tau-tg小鼠的星形胶质细胞增生，从而预防tau蛋白病。Tau-tg小鼠模型6个月时尚处于疾病早期，还没有明显的星形胶质细胞增生，8个月即处于疾病中期，有了明显的星形胶质细胞增生和tau病理学。研究者们据此分别设计了预防性和治疗性试验（图1），通过手术皮下植入微型渗透泵，将地高辛或对照载体输送至6个月（预防）及8个月（治疗）大的tau-tg小鼠心室。

图1  预防性试验（上）和治疗性实验（下）中注射地高辛的时间轴

两种试验均发现地高辛抑制了tau-tg小鼠的疾病进展。预防性试验中，相比对照小鼠（tau-tg^control），小鼠注射地高辛（tau-tg^digoxin）后，海马亚区病理性tau的积累显著减少，并且海马体积、心室体积和梨状皮质厚度等脑萎缩指标显著改善。治疗性试验中，相比对照小鼠发生脑萎缩，tau-tg^digoxin小鼠的脑容量保持效果更佳。评估tau-tg小鼠的筑巢行为，注射地高辛小鼠的巢穴评分显著提高，未撕裂的巢穴重量减少，证明tau-tg^digoxin小鼠筑巢行为得到改善。

除了利用地高辛抑制α2-NKA，研究者们也利用GFAP启动子驱动的shRNA特异性敲低α2-NKA。结果发现，选择性敲低α2-NKA也可以阻止tau-tg小鼠的疾病进展并保持脑容量。

接着，研究者们探索抑制α2-NKA是如何对神经退行性变起到保护作用的。研究人员对上述治疗及预防试验中小鼠的GFAP（反应性星形胶质细胞增生标志物）和IBA1（小胶质细胞增生标志物）进行荧光成像定量分析（图2）。结果发现，相比tau-tg^control，tau-tg^digoxin的反应性星形胶质细胞和小胶质细胞增生均大幅减轻。

图2  治疗性试验中，地高辛抑制α2-NKA大幅降低星形胶质细胞（GFAP）和小胶质细胞（IBA1）反应性

进一步，研究者们探索抑制α2-NKA对神经炎症的影响。在non-tg、tau-tg^control及tau-tg^digoxin小鼠中，通过ELISA分析了TNFα、IL-6、IL-1β、IL-10、CXCL10及Lcn2几种炎症因子的表达情况（图3）。结果表明，相比对照tau-tg^control小鼠较高的炎症水平，tau-tg^digoxin小鼠的神经炎症相关因子水平得到大幅缓解。这些结果意味着，抑制α2-NKA减弱了星形胶质细胞增生中的炎症途径，实现对神经的保护功能。

图3  抑制α2-NKA可减弱神经退行性疾病发展中的神经炎症

最后，研究者们还发现Lcn2炎症因子受到α2-NKA的调节，单独Lcn2过表达也会促进整个海马体中tau相关病理的显著增加。由于Lcn2可增加神经元细胞外tau摄取而导致tau蛋白积累，作者猜测，抑制α2-NKA来降低Lcn2表达量也可能是神经保护的机制之一。

总而言之，抑制星形胶质细胞α2-NKA活性，可以减弱星形胶质细胞反应性来防止神经退行性变。这个研究也表明，靶向反应性星形胶质细胞或抑制α2-NKA有望用于神经退行性疾病的治疗。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abm4107

制版人：十一

参考文献

1. Musiek, E. S. & Holtzman, D. M. Three dimensions of the amyloid hypothesis: time, space and ‘wingmen’. Nat. Neurosci. 18, 800–806 (2015).

2. Karran, E., Mercken, M. & Strooper, B. De. The amyloid cascade hypothesis for Alzheimer’s disease: an appraisal for the development of therapeutics. Nat. Rev. Drug Discov. 10, 698–712 (2011).

3. Nagele, R. G. et al. Contribution of glial cells to the development of amyloid plaques in Alzheimer’s disease. Neurobiol. Aging 25, 663–674 (2004).

4. Leyns, C. E. G. & Holtzman, D. M. Glial contributions to neurodegeneration in tauopathies. Mol. Neurodegener. 12, 50 (2017).

5. Ransohoff, R. M. How neuroinflammation contributes to neurodegeneration. Science (80-. ). 353, 777–783 (2016).

6. Cai, Z., Wan, C.-Q. & Liu, Z. Astrocyte and Alzheimer’s disease. J. Neurol. 264, 2068–2074 (2017).

7. Gallardo, G. et al. An α2-Na/K ATPase/α-adducin complex in astrocytes triggers non-cell autonomous neurodegeneration. Nat. Neurosci. 17, 1710–1719 (2014).

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。