J Neuroinflammation︱彭英课题组揭示小胶质细胞线粒体自噬在吗啡所致中枢神经系统炎性抑制中的调控作用

撰文︱彭佳铃

责编︱王思珍

吗啡（morphine）是临床上常用于镇痛的阿片类药物之一，但由于吗啡的物质依赖性从一开始便可出现，导致了吗啡的依赖广泛与滥用[1]。在长期使用吗啡的人群中，往往伴随着免疫系统的抑制，可体现在外周免疫抑制，如T淋巴细胞的功能抑制[2]、抗原提呈功能障碍[3]、自然杀伤细胞的活性抑制、循环免疫细胞数量减少[4]、脾脏和胸腺的萎缩等[5]。此外，除了外周免疫系统，长期吗啡使用会导致中枢免疫应答调控系统对外源性感染的清除力下降，并容易出现中枢神经系统感染加重，影响临床的预后如手术恢复、感染损伤程度、肿瘤进展等。但目前长期吗啡使用所致中枢神经系统免疫抑制相关机制研究尚少。探索长期吗啡使用所致中枢免疫抑制的机制将改善吗啡的临床应用局限，使更多晚期癌痛等患者获益。

线粒体参与了多种细胞生理过程，参与多种信号通路调节免疫系统的功能，是多种炎性通路的中间枢纽和反应平台[6]。线粒体自噬（mitophagy）是一种选择性清除损伤、衰老的线粒体的自噬途径，是机体线粒体质量控制的重要途径。缺陷的线粒体自噬与炎性因子的释放和免疫细胞的稳态失衡密切相关，从而参与多种炎性紊乱和自身免疫性疾病[7]。此外，很多病原体的产物可通过调节线粒体自噬来调控机体的炎性反应。由此可见，线粒体自噬与宿主抗感染炎性反应密不可分。

NLRX1（nucleotide binding domain and leucine rich repeat containing family member X1）是唯一的线粒体定位的NLR家族成员。2019年4月我国研究学者首次发现，NLRX1的NACHT区具有保守的LIR模式识别区[8]，首次提出NLRX1具有调控线粒体自噬的功能，是一种新型的线粒体自噬受体蛋白。该项研究结果逐渐引起研究者对NLRX1调控线粒体自噬的机制的关注，但目前对NLRX1在什么条件下主导线粒体自噬的调控，如何调控仍需要更多的研究明确。

2022年4月12日，来自中山大学孙逸仙纪念医院神经科的彭英团队在Journal of Neuroinflammation上在线发表了题为“Morphine‑induced microglial immunosuppression via activation of insufficient mitophagy regulated by NLRX1”的研究论文。该论文提出NLRX1蛋白介导了小胶质细胞不完全的线粒体自噬的发生，参与调控慢性吗啡暴露所致中枢神经系统炎性抑制。彭佳铃和潘经锐为该论文的共同第一作者，彭英教授为该论文的通讯作者。

研究团队首先通过线粒体DNA的拷贝数检测以及免疫荧光染色检测线粒体蛋白与LC3B（microtubule-as-sociated protein 1 light chain 3）自噬小体，发现1.0 μM吗啡促进小胶质细胞发生线粒体自噬，呈现浓度特异性。进一步研究团队采用AD-mCherry-GFP-LC3B腺病毒感染技术监测不同浓度吗啡处理后小胶质细胞的自噬流变化，发现1.0 μM吗啡处理时自噬小体的胞质内蓄积，提示可能的降解障碍。与此同时，NLRX1蛋白的表达量在1.0 μM吗啡处理组出现明显上调，后续利用共定位分析、免疫共沉淀以及RNAi等实验技术证实，吗啡处理后小胶质细胞NLRX1的活化以及与LC3B的直接结合增加，调控了小胶质细胞线粒体自噬的发生（图1）。

图1 NLRX1介导吗啡所致小胶质线粒体自噬

（图源：Peng J, et al., J Neuroinflammation, 2022）

损伤线粒体被自噬体包裹后，可形成线粒体自噬体（mitophagosomes），线粒体自噬体是由与外界隔离的膜性结构包裹异常的线粒体而成。膜性结构继而与溶酶体膜融合，形成成熟的线粒体自噬溶酶体（mitolysosomes），损伤线粒体被溶酶体酶完全降解后，方可称为完全的线粒体自噬[9]。然而，在探索线粒体自噬流的去向时，该团队研究发现，NLRX1介导了溶酶体功能的异常（图2），吗啡处理后的小胶质细胞的溶酶体生成、酸化异常，且不能与线粒体自噬体识别融合，导致启动的线粒体自噬不能顺利完成，即不完全的线粒体自噬，胞质内出现线粒体自噬体和不成熟的吞噬溶酶体的蓄积。

图2 NLRX1介导吗啡所致溶酶体功能紊乱，导致不完全线粒体自噬

（图源：Peng J, et al., J Neuroinflammation, 2022）

大多数研究已经证实，低浓度的吗啡（0.1 μM到10 μM）可引起免疫细胞免疫功能下降[10,11]。进一步该研究证实，1.0 μM吗啡导致小胶质细胞处于炎性抑制状态，这与NLRX1介导的不完全线粒体自噬密切相关（图3A）。在LPS模拟外源性感染刺激时，小胶质细胞的感染损伤加重（图3B-C），而通过RNAi或者shRNA慢病毒沉默NLRX1，能有效抑制小胶质细胞的炎性抑制状态和LPS刺激后的损伤（图3A,D）。

图3  NLRX1介导不完全线粒体自噬导致小胶质细胞炎性抑制和感染后损伤

（图源：Peng J, et al., J Neuroinflammation, 2022）

接着，该研究团队构建了慢性吗啡暴露后的免疫抑制小鼠模型，发现脑组织中NLRX1对线粒体自噬的调控存在空间特异性。在该小鼠模型中，脑组织中NLRX1对线粒体自噬的调控主要发生在皮层、纹状体、小脑的小胶质细胞中，而这些部位已有文献报道可起免疫调节功能[12,13]。在外源性感染损伤LPS刺激下，长期吗啡小鼠出现严重的炎性因子风暴，这与之前的研究结果一致[14]。该研究团队认为，长期吗啡暴露时，小胶质细胞不能及时对外源感染刺激做出免疫应答，损伤刺激的持续存在导致小胶质细胞的免疫耗竭，病理性小胶质细胞累积，从而出现严重的炎性损伤和炎症因子风暴[15]。下调脑区NLRX1的表达时，小胶质细胞的免疫应答能力得到缓解，能及时地抵抗中枢神经系统外源性感染的入侵，遏制了炎性风暴的发生。

图4 NLRX1介导线粒体自噬在慢性吗啡暴露免疫抑制小鼠的脑组织的空间分布

（图源：Peng J, et al., J Neuroinflammation, 2022）

图5 工作总结图：小胶质细胞线粒体自噬在吗啡所致中枢神经系统炎性抑制中的调控作用

（图源：Peng J, et al., J Neuroinflammation, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上，该研究首次阐述了NLRX1介导的不完全线粒体自噬在慢性吗啡暴露的小胶质细胞炎性抑制中的作用（图5），这项研究提出了NLRX1对溶酶体功能的存在调控作用，扩展了NLRX1介导线粒体自噬的可能方式，这为线粒体与溶酶体的联结提供了桥梁。但需要明确的是，线粒体自噬的调控在不同的条件下方式迥异，该研究提出NLRX1的调控在吗啡所致小胶质细胞炎性抑制模型中扮演重要角色，但不可否认可能伴随或先后存在的其他调控方式，需要更多的研究去发掘。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s12974-022-02453-7

该论文通讯作者为孙逸仙纪念医院神经科彭英教授，彭佳铃和潘经锐博士为该论文共同第一作者。这项研究得到国家重点研发计划项目（2018YFC1314400 和2018YFC1314401 to Y. Peng）、广东省自然科学基金（2018A030313076 to J. Pan）和高校基本科研业务费中山大学青年教师培育项目（19ykpy101 to J. Pan）的资助。

彭佳铃（第二排左一）、潘经锐（第一排左三）、彭英教授（第一排左六）

（照片提供自：孙逸仙纪念医院神经科彭英课题组）

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制版︱王思珍

本文完