Neuron︱朱伟铨团队等合作揭示血脑屏障的破坏在神经退行性疾病多发性硬化症中的病理发生机制和新的治疗策略
撰文︱孙中楼
责编︱王思珍
编辑︱杨彬伟
多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）是一种自身免疫介导的脑、脊髓、或视神经退行性疾病，其特征为免疫细胞识别并攻击自身中枢神经元髓鞘，引起炎性脱髓鞘和轴突变性。该疾病通常出现在年轻成人中，病程多变，可导致长期的身体残疾或认知障碍，目前尚无治愈方法[1]。当前临床治疗多发性硬化症的手段主要是通过免疫抑制的策略，例如通过抑制免疫细胞穿透血脑屏障进入中枢神经系统或者抑制免疫细胞从淋巴结进入血液循环系统[2, 3]。然而，这些免疫抑制药物在发挥作用的同时也会抑制患者的免疫应答功能，引发一些副作用，包括致死的病毒性进行性多病灶脑白质炎（progressive multifocal leukoencephalopathy）[4]。因此，探索一个对多发性硬化症患者没有免疫抑制作用的新治疗靶点或策略具有重要的研究和临床意义。
2022年8月11日，美国犹他大学内科医学系心血管医学部的朱伟铨博士和Shannon J. Odelberg博士的研究团队合作在Neuron上发表了题为“Neuroinflammatory disease disrupts the blood-CNS barrier via crosstalk between proinflammatory and endothelial-to-mesenchymal-transition signaling”的研究论文，揭示了脑血管内皮细胞间质转化以及其引发的血脑屏障的破坏在多发性硬化症的病理发展中的作用。研究指出炎性因子白介素1β（Interleukin-1β，IL-1β）通过激活小GTP酶（GTPase）ARF6 （small GTPase ADP ribosylation factor 6），进一步激活ALK-SMAD1/5 信号通路，最终引发脑血管内皮细胞间质转化。抑制IL-1β- ARF6-ALK-SMAD1/5信号通路可以防止并逆转脑血管内皮细胞间质转化、稳固血脑屏障、减少中枢神经脱髓鞘、减轻临床症状。更为重要的是，该研究指出ARF6的抑制并不会引起动物的全身或中枢神经的免疫抑制。
研究人员通过基因编辑技术在小鼠血管内皮细胞中特异性敲除Arf6基因，并在该基因特异敲除的小鼠中建立多发性硬化症的动物模型（Experimental Autoimmune Encephalomyelitis，EAE）。结果显示，血管内皮细胞特异性敲除Arf6基因后能够显著减轻小鼠的临床症状（图1A,B），减少T细胞侵润中枢神经系统（图1C,D），同时降低中枢神经系统血管的渗漏（图1E-G）。
图1 血管内皮细胞特异性敲除Arf6基因能够减轻EAE临床症状并减少中枢神经系统血管的渗漏。
（图源：Sun Z, et al., Neuron, 2022）
研究还发现，注射了ARF6特异性小分子化合物抑制剂NAV-2729的EAE小鼠呈现了与血管内皮Arf6特异敲除的EAE小鼠相似的结果（图2A-C）。考虑到临床治疗的实际状况，该研究还在小鼠发病最严重的时间点开始给小鼠注射NAV-2729抑制剂，结果发现ARF6抑制可以逆转已经出现的临床症状和中枢神经系统血管的渗漏（图2D-H）。
图2 ARF6小分子化合物抑制剂逆转已出现的EAE临床症状和中枢神经系统血管的渗漏
（图源：Sun Z, et al., Neuron, 2022）
研究人员在EAE小鼠模型中发现，中枢神经系统的血管渗漏和血管内皮细胞间质转化的发生早于临床症状的出现。血管内皮细胞特异性敲除Arf6基因或注射ARF6抑制剂能够增强血脑屏障功能并降低血管内皮细胞间质转化的发生（图3）。
图3 血管内皮细胞特异性敲除Arf6或者药物抑制ARF6可以增强血脑屏障功能并降低脊髓血管中内皮细胞间质转化的发生。
（图源：Sun Z, et al., Neuron, 2022）
在体外细胞水平的研究中，研究人员发现，IL-1β能够诱导人源原代血管内皮细胞发生内皮细胞间质转化。ALK受体及其下游的SMAD1/5介导了IL-1β诱导的内皮细胞间质转化（图4)。
图4 白介素1β激活ALK-SMAD/5信号通路诱导人脑血管内皮细胞发生内皮细胞间质转化
（图源：Sun Z, et al., Neuron, 2022）
进一步的细胞研究发现，IL-1β在脑内皮细胞中激活了ARF6（图5A）。而ARF6的激活进一步介导了IL-1β引起的内皮细胞单层的渗漏（图5B），以及IL-1β与ALK-SMAD/5信号通路的交联（图5C-G）。
图5 ARF6是白介素1β与ALK-SMAD/5信号通路的交联的充分必要步骤
（图源：Sun Z, et al., Neuron, 2022）
同时研究发现Arf6基因敲除或NAV-2729并没有改变血液、淋巴结、和脾脏中的免疫细胞数。同样NAV-2729并不影响小鼠的免疫系统清除感染脑部的JHMV病毒（图6A），而且全身的Arf6基因敲除小鼠能够正常地清除腹腔感染的细菌（图6B, C）。这些研究表明抑制ARF6的活性并不影响小鼠正常的免疫应答功能。
图6 抑制ARF6的活性不影响小鼠正常的免疫应答
（图源：Sun Z, et al., Neuron, 2022）
图7 血脑屏障的破坏在神经退行性疾病多发性硬化症中的病理发生机制
（图源：Sun Z, et al., Neuron, 2022）
当然，该研究尚存在一些有待解决的问题，例如ARF6介导IL-1β与ALK-SMAD/5信号通路的交联的具体生物学机制尚不明晰，因此需要进一步的研究和分析，以期发现更为详尽的作用机理并提供更多的作用靶点。
总之，此项研究提示了通过稳定血脑屏障治疗神经退行性疾病多发性硬化症的新思路和策略。
原文链接：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)00660-2
美国犹他大学分子医学项目博士后孙中楼博士为本研究的第一作者，犹他大学内科医学系心血管医学部朱伟铨博士和Shannon J. Odelberg博士为论文的共同通讯作者。该研究得到了安徽大学张保卫博士、犹他大学Allie H. Grossmann博士和Robert S. Fujinami博士，以及加州大学尔湾分校Thomas E. Lane博士等人的指导和支持，并得到美国国立卫生研究院和美国多发性硬化症协会的资助。
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参考文献（上下滑动阅读）
1. Schampel, A., et al., Nimodipine fosters remyelination in a mouse model of multiple sclerosis and induces microglia-specific apoptosis. Proc Natl Acad Sci U S A, 2017. 114(16): p. E3295-E3304.
2. Fletcher, J.M., et al., T cells in multiple sclerosis and experimental autoimmune encephalomyelitis. Clin Exp Immunol, 2010. 162(1): p. 1-11.
3. Polman, C.H., et al., A randomized, placebo-controlled trial of natalizumab for relapsing multiple sclerosis. N Engl J Med, 2006. 354(9): p. 899-910.
4. Schwab, N., T. Schneider-Hohendorf, and H. Wiendl, Therapeutic uses of anti-alpha4-integrin (anti-VLA-4) antibodies in multiple sclerosis. Int Immunol, 2015. 27(1): p. 47-53.
本文完