Science | 突破！免疫CD4+ T细胞参与路易体痴呆的疾病进程

撰文︱孙  勋，王思珍

责编︱王思珍

路易体痴呆（LBD）是最常见的一种进行性痴呆，主要特征是α-突触核蛋白（α-syn）异常聚集形成路易小体（Lewy bodies）。LBD包括帕金森病痴呆（PDD）和路易小体痴呆（DLB）。PDD被定义为患者记忆和行为方面的变化，患者在疾病即帕金森病（PD）晚期备受折磨[1]。DLB与PDD有很高的症状和记忆变化方面的相似性[2]。

已经有研究表明，适应性免疫系统（adaptive immune system）参与LBD和PDD的疾病进程。在PD患者外周血中，检测到了免疫系统的变化，包括淋巴细胞的激活[3, 4]。体内和体外的研究免疫细胞CD4⁺ T细胞参与PD疾病进程[5, 6]。最近的研究表明，α-syn衍生的多肽能够作为抗原表位并促进非痴呆PD患者中T细胞的应答[5]。然而，T细胞在人类体内LBD神经退行性病变过程具有什么作用，依然未知，LBD中调节T细胞入住脑的机制，也尚不清楚。

2021年10月14日，来自美国西北大学神经学系的David Gate（第一作者和通讯作者）、斯坦福大学医学院神经学系的Tony Wyss-Coray（通讯作者）等人合作在Science上发表了（First release）题为“CD4⁺ T cells contribute to neurodegeneration in Lewy body dementia”的最新研究论文。通过对LBD患者死后样本研究，揭示了CXCR4-CXCL12信号通路可能是LBD中抑制T细胞产生病理性白介素17的潜在机制和疾病治疗靶点。

为了研究LBD中的获得性免疫，作者首先收集并综合分析了临床LBD病人信息，这些病人出现明显的神经退行（neurodegeneration） 。紧接着，作者观察到，在LBD病人尸检的黑质多巴胺能神经元周围、α-syn沉积附近均分布有明显数量的淋巴细胞CD3⁺ T细胞（图1 A-D），且与小胶质细胞也有共定位（图1 E）。这些结果提示：T细胞入住LBD病人大脑并可能参与LBD神经退行性进程，且与α-syn沉积有特定联系。在PDD病人中也观察到了类似的现象。

图1 LBD患者脑中T细胞定位于多巴胺能神经元和α-syn沉积周围

（图源：David Gate, et al., science. 2021）

基于上述结果，为了揭示T细胞在大脑中的潜在作用，作者进行了单细胞RNA测序（转录组学）分析。结果显示，与健康对照组相比，PD-DLB病人脑脊液（CSF）中多个免疫细胞簇（cluster）丰度明显增加，其中CD4⁺ T细胞最为显著（图2 A-C）。在这些CD4⁺ T细胞中，基因JAK1（Janus激酶1，参与细胞因子信号转导）、CD69（参与T细胞激活）、CXCR4（趋化因子受体4）表达高度上调（图2 D）。对CXCR4参与相关信号通路的分析表明，PD-DLB患者中CD4⁺ T细胞的代谢和催化活性以及对细胞因子刺激的应答发生了改变。

接着，作者对PD-DLB病人CSF进行了单细胞T细胞受体测序，结果再次显示CD69和CXCR4表达上调，以及KLRB1（杀伤性细胞凝集素样受体亚家族B成员1）的高表达（图2 E, F），标志着促炎性白介素17（IL-17）的产生。也就是说，在LBD中分泌促炎性IL-17的细胞，即Th17细胞（CD4⁺ T细胞亚群之一）的激活增强了。 

图2 在PD-DLB患者中CD4⁺T细胞中CXCR4表达上调

（图源：David Gate, et al., science. 2021）

CXCL12是CXCR4的配体。在小鼠中CXCL12表达自脑血管内皮细胞，促进CD4⁺ T细胞的募集[7]。在此，免疫组化实验显示，CXCL12定位于PDD病人大脑黑质脑血管处，且CXCR4阳性的CD3⁺ T细胞分布于这些脑血管周围（图3 A）。单分子阵列分析显示，在PDD CSF中CXCL12水平上升。与健康组、PD非痴呆组、PD痴呆（PDD）组比较分析表明，PDD中CXCL12水平与神经退行性疾病标志物，如神经丝轻链、总tau蛋白、磷酸化的tau、β-淀粉样蛋白、α-syn等有很好的正相关性，其中与神经丝轻链的正相关最强（图3 B, C），提示CSF中CXCL12与PD认知能力损失相关。换言之，CXCR4-CXCL12信号通路失调与LBD神经退行有关。

图3 LBD中CXCL12与神经退行性相关

（图源：David Gate, et al., science. 2021）

有研究表明，在PD中外周血T细胞出现功能失调[3, 4]。因此，作者使用单细胞RNA测序对相同受试者的外周血单核细胞（PBMC）和CSF样本进行比较分析后发现，PD-DLB的CSF中存在一些高表达CXCR4、CD69和TSC22D3的特殊CD4⁺ T细胞群体（图4 A-C），且PD-DLB组CSF中特有的CD4+ T细胞CXCR4和CD69表达水平高于健康组（图4 E）。这些结果表明CXCR4可以区别外周和CSF中特有的CD4⁺ T细胞，也提示在LBD患者脑中CXCR4可能调节CD4⁺ T细胞进入住大脑。

图4 LBD患者CSF中存在特有的CXCR4阳性CD4⁺T细胞

（图源：David Gate, et al., science. 2021） 

α-syn衍生多肽作为抗原表位，促进PD中PBMC的T细胞激活反应[3, 4]。同时作者结合前面的结果：LBD脑中T细胞与α-syn沉积共定位。那么α-syn是否驱动T细胞的增殖和激活？作者首先观察到，在没有α-syn多肽抗原刺激时，PD病人中存在较高的外周T细胞活化的基线水平；在多肽抗原刺激后，显示出更高的活化水平，而且多肽抗原129位丝氨酸的磷酸化使对T细胞的激活反应更强（图5 A-C）。多肽抗原刺激后，CD4⁺ T细胞中CXCR4表达显著上调，基因ACTG1（肌动蛋白γ1）、ACTB（肌动蛋白β）和MKI67（增殖标志物）的表达也上调（图5 D）。这些结果表明：α-syn多肽抗原刺激驱使了T细胞的激活、并增强了激活后的T细胞增殖。

有趣的是，作者也检测到了α-syn多肽抗原刺激后的T细胞中IL-17A的高表达（图5 D, E）。IL-17A是由CD4⁺ T细胞亚群之一的Th17细胞分泌的促炎性细胞因子IL-17亚型之一。作者也发现，PDD病人黑质中表达IL-17A的CD4⁺ T细胞定位于多巴胺能神经元周围（图5 F），在LBD（PDD和DLB）病人大脑中显示出更高的IL-17A免疫活性。这些结果表明：Th17细胞参与LBD神经元（包括巴胺能神经元）的神经退行。

图5 LBD患者脑中α-syn刺激的T细胞促进了IL-17A的表达

（图源：David Gate, et al., science. 2021）

图6 工作总结图：LBD中Th17细胞进入大脑和引起神经元损伤的机制

（图源：David Gate, et al., science. 2021）

文章结论与讨论，启发与展望以上实验结果表明CD4⁺ T细胞亚群之一的Th17细胞与LBD的神经退行密切相关。CXCR4调控细胞迁移，CXCR4的拮抗作用能够缓减了Th17细胞的致病性[8]。因此，CXCR4-CXCL12信号通路是LBD的潜在治疗靶点。目前临床上一些CXCR4拮抗剂已被批准用于治疗多种神经退行性疾病[9]。由于CXCR4拮抗剂具有的较好的安全性、生物利用度和耐受性，这些药物可以用于抑制病理性Th17细胞进入LBD大脑。

研究筛选到了促进IL-17A基因表达的α-syn多肽抗原表位（DNEAYEMPSEEGYQD）。IL-17A是一种Th17细胞分泌的与自身免疫系统密切相关的促炎细胞因子。在许多神经退行性疾病的动物模型中，Th17细胞直接参与神经元的死亡[10]。此外，人Th17细胞可以通过IL-17A促进血脑屏障的破坏和中枢神经系统炎症的产生。

总之，本论文揭示了一条Th17细胞通过促炎性IL-17A的分泌介导的多巴胺能神经元死亡的机制，暗示路易体痴呆（LBD）也可是一种自身免疫疾病。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf7266

往期文章精选

 优质科研培训课程推荐

参考文献（上下滑动查看）  

1.M. J. Armstrong, M. S. Okun, Diagnosis and Treatment of Parkinson Disease: A Review. JAMA 323, 548–560 (2020).

2. Z. Walker, K. L. Possin, B. F. Boeve, D. Aarsland, Lewy body dementias. Lancet 386,1683–1697 (2015).

3. G. T. Kannarkat, J. M. Boss, M. G. Tansey, The role of innate and adaptive immunityin Parkinson’s disease. J. Parkinsons Dis. 3, 493–514 (2013).

4. J. A. Saunders, K. A. Estes, L. M. Kosloski, H. E. Allen, K. M. Dempsey, D. R. TorresRussotto, J. L. Meza, P. M. Santamaria, J. M. Bertoni, D. L. Murman, H. H. Ali, D. G.Standaert, R. L. Mosley, H. E. Gendelman, CD4+ regulatory and effector/memory T cell subsets profile motor dysfunction in Parkinson’s disease. J. NeuroimmunePharmacol. 7, 927–938 (2012). 5. V. Brochard, B. Combadière, A. Prigent, Y. Laouar, A. Perrin, V. Beray-Berthat, O.Bonduelle, D. Alvarez-Fischer, J. Callebert, J. M. Launay, C. Duyckaerts, R. A. Flavell, E. C. Hirsch, S. Hunot, Infiltration of CD4+ lymphocytes into the brain contributes to neurodegeneration in a mouse model of Parkinson disease. J. Clin. Invest. 119, 182–192 (2009). 6. C. Cebrián, F. A. Zucca, P. Mauri, J. A. Steinbeck, L. Studer, C. R. Scherzer, E. Kanter, S. Budhu, J. Mandelbaum, J. P. Vonsattel, L. Zecca, J. D. Loike, D. Sulzer,  MHC-I expression renders catecholaminergic neurons susceptible to T-cellmediated degeneration. Nat. Commun. 5, 3633 (2014).

7. E. E. McCandless, Q. Wang, B. M. Woerner, J. M. Harper, R. S. Klein, CXCL12 limits inflammation by localizing mononuclear infiltrates to the perivascular space during experimental autoimmune encephalomyelitis. J. Immunol. 177, 8053–8064 (2006).

8. D. Tischner, M. Grimm, H. Kaur, D. Staudenraus, J. Carvalho, M. Looso, S. Günther, F. Wanke, S. Moos, N. Siller, J. Breuer, N. Schwab, F. Zipp, A. Waisman, F. C. Kurschus, S. Offermanns, N. Wettschureck, Single-cell profiling reveals GPCR heterogeneity and functional patterning during neuroinflammation. JCI Insight 2, e95063 (2017).

9. A. Reboldi, C. Coisne, D. Baumjohann, F. Benvenuto, D. Bottinelli, S. Lira, A. Uccelli, A. Lanzavecchia, B. Engelhardt, F. Sallusto, C-C chemokine receptor 6-regulated entry of TH-17 cells into the CNS through the choroid plexus is required for the initiation of EAE. Nat. Immunol. 10, 514–523 (2009). 10. H. Kebir, K. Kreymborg, I. Ifergan, A. Dodelet-Devillers, R. Cayrol, M. Bernard, F. Giuliani, N. Arbour, B. Becher, A. Prat, Human TH17 lymphocytes promote bloodbrain barrier disruption and central nervous system inflammation. Nat. Med. 13, 1173–1175 (2007). 

制版︱王思珍

本文完