Cell Death Dis｜黄智慧/王莹/张旭团队合作发现SARM1蛋白在多发性硬化中的新机制

撰文︱金玲婷

责编︱王思珍，方以一

编辑︱方以一，杨彬薇

多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是一种以神经炎症、脱髓鞘和轴突损伤为特征的神经退行性疾病，临床症状主要包括视神经炎、四肢无力、感觉减退、共济失调等，近年来，MS 的患病率逐年增高，且伴随着较高的复发率，严重危害中老年女性的健康。根据最新的诊断标准，MS分为四种亚型：1）临床隔离综合征（CIS）；2）复发-缓解型（RRMS）；3）继发性进展（SPMS）；4）原发性进展（PPMS）[1, 2]。尽管目前针对RRMS临床药物的研究已经取得了巨大的成果，但尚无药物可以逆转或者抑制进展期的疾病进程。近年来，人们发现在疾病进展期，星形胶质细胞的先天免疫应答反应可能在髓鞘损伤和轴突变性中起关键作用[3]，然而其潜在的治疗靶点还需要进一步的研究。

SARM1（Sterile alpha and TIR motif containing 1）是Toll-白介素受体（Toll-interleukin receptor, TIR）家族中的一员，在神经系统的炎性和轴突损伤性疾病中发挥重要的作用。此外，SARM1的缺失能够缓解中枢神经系统炎症，抑制中毒性神经病变（如肌萎缩侧索硬化）和青光眼相关变性。在神经元中，SARM1 的激活刺激炎性细胞因子和趋化因子的产生，通过MAPK途径刺激Jnk-c-Jun轴，从而启动神经元炎症反应[4, 5]。但星形胶质细胞中的 SARM1 在 MS中的作用及其机制却知之甚少。

2022年9月2日，杭州师范大学黄智慧教授、杭州市第一人民医院王莹教授、温州医科大学第一附属医院张旭教授课题组合作在Cell Death & Disease上发表了题为“Astrocytic SARM1 promotes neuroinflammation and axonal demyelination in experimental autoimmune encephalomyelitis through inhibiting GDNF signaling”的研究。该研究观察到在MS小鼠模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）中，脊髓星形胶质细胞中的SARM1表达增加，并且敲除星形胶质细胞中SARM1基因的小鼠神经元死亡、神经炎症、脱髓鞘和轴突损伤减轻。此外作者证实了星形胶质细胞SARM1是通过调控GDNF/NF-κB信号通路，进而影响EAE，为MS治疗提供了新思路。（拓展阅读：黄智慧团队最新研究成果，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Cell Death Dis｜黄智慧/汪伟团队发现SARM1蛋白在自闭症谱系障碍发病中的新机制）

这项研究首先检测了SARM1蛋白在小鼠小脑与脊髓各个节段以及胶质细胞中的表达情况（图1A-E）。结果显示，SARM1在EAE小鼠的小脑与脊髓中表达明显高于对照组，并且只表达于星形胶质细胞，而不表达于小胶质细胞，提示星形胶质细胞中SARM1蛋白与多发性硬化的发病相关。

图1 SARM1在小鼠小脑、脊髓以及胶质细胞中表达情况

（图源：L. Jin et al., Cell Death Dis, 2022）

为了进一步明确星形胶质细胞SARM1的作用，作者构建了SARM1^f/f; GFAP-Cre⁺敲除（SARM1^GFAP-CKO）小鼠，并且进行EAE造模。通过EAE评分、免疫荧光染色、Western blot、电镜实验检测小鼠运动、神经元死亡、炎症、髓鞘的情况。结果显示，对照组中，单纯敲除星形胶质细胞SARM1的小鼠未表现出神经系统障碍，但在EAE组中，星形胶质细胞SARM1的敲除能够改善EAE小鼠的运动障碍，减少神经元死亡、炎症、脱髓鞘情况（图2）。此外，为了进一步排除神经元等细胞中SARM1的干扰，作者采用了更为特异的星形胶质细胞标志物Aldh1L1,构建了SARM1^Aldh1L1-CKO 小鼠，进行同样的EAE表型检测，得出了相同的结论，即星形胶质细胞SARM1的敲除能够改善EAE的相关表型。

图2 SARM1^GFAP-CKO EAE小鼠表型减轻

（图源：L. Jin et al., Cell Death Dis, 2022）

星形胶质细胞SARM1的敲除能够缓解EAE小鼠的炎症和脱髓鞘表型，而星形胶质细胞和小胶质细胞作为中枢神经系统（CNS）固有免疫细胞，是MS免疫病理学的关键组成部分，参与了炎症与脱髓鞘过程[3, 6]。因此，作者检测了星形胶质细胞SARM1的敲除是否影响这些免疫细胞的变化。为验证这一点，课题组通过组织学染色发现EAE后，星形胶质细胞和小胶质细胞被激活而增多、肥大，而敲除星形胶质细胞SARM1后，星形胶质细胞激活与增殖减少（图3）。这些结果表明，在EAE中，星形胶质细胞SARM1的缺失能够减少免疫细胞的增殖。

图3 SARM1^GFAP-CKO EAE小鼠脊髓星形胶质细胞增殖减少

（图源：L. Jin et al., Cell Death Dis, 2022）

为了研究星形胶质细胞SARM1敲除能够改善EAE表型的作用机制，作者进行了原代培养的星形胶质细胞测序，发现在SARM1^-/-细胞中，GDNF（glial-derived neurotrophic factor）显著上升，并通过q-PCR、western blot、免疫荧光染色加以验证（图4A-G）。GDNF是TGF-β超家族的成员，可介导神经元的生长、分化和迁移，是轴突和树突形成所必需的[7, 8]。此外，GDNF通过抑制NF-κB和促进PI3K/AKT信号通路促进M1促炎型小胶质细胞向M2抗炎型小胶质细胞转化[9]。为了观察EAE中GDNF的表达是否发生变化以及GDNF是否参与调节上述途径，作者检测了SARM1^f/f 和SARM1^GFAP-CKO小鼠，SARM1^f/f EAE和SARM1^GFAP-CKO EAE小鼠中的GDNF、NF-κB蛋白变化。结果显示在EAE中，敲除星形胶质细胞SARM1能够显著增加GDNF的表达，同时观察到NF-κB的下降以及M2型小胶质细胞的增加（图4H-L）。这些结果表明星形胶质细胞SARM1可能是通过GDNF/NF-κB通路调控EAE的，这或许是EAE小鼠表型出现改变的潜在机制。

图4 SARM1可能通过GDNF/NF-κB通路调控EAE表型变化

（图源：L. Jin et al., Cell Death Dis, 2022）

为了验证这一假设，作者通过在体注射GDNF抑制剂抑制GDNF的表达和功能，发现GDNF抑制剂给药组EAE小鼠髓鞘丢失增加，轴突损伤加重，神经元死亡和炎症浸润增加，表明抑制GDNF的表达可部分逆转由星形胶质细胞敲除引起的EAE表型好转，进一步反证了SARM1通过GDNF/NF-κB通路调控EAE的假设。

图5 抑制GDNF后SARM1^GFAP-CKO EAE小鼠表型恶化 

（图源：L. Jin et al., Cell Death Dis, 2022）

图6 星形胶质细胞SARM1调控EAE的模式图

（图源：L. Jin et al., Cell Death Dis, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究表明在星形胶质细胞中敲除SARM1能够缓解实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的运动障碍，减轻神经炎症、神经元死亡、脱髓鞘的症状。星形胶质细胞SARM1蛋白可能通过下游因子GDNF介导NF-κB通路，从而调控EAE的表型变化。这项研究的不足之处在于SARM1调控GDNF的机制尚不完全清楚。此前的研究表明，增加SARM1的表达能够直接抑制NLRP3炎性体，减少IL-1β的分泌[10]。该研究测序结果显示IL-1β在SARM1^-/-星形胶质细胞较对照组显著上升。此外，敲除SARM1能否抑制IL-1β的表达还取决于NLRP3炎性体的激活。先前的研究发现，NLRP3炎性体的确在EAE模型中被激活[11]。因此，作者猜测在EAE中，敲除SARM1可能同样能引起IL-1β的表达上调。另一方面，在大鼠神经元-胶质细胞共培养中，受损的多巴胺能神经元能够通过IL-1β诱导星形胶质细胞释放GDNF，这表明GDNF在星形胶质细胞中的表达受到炎症的刺激，并且可以在中枢神经系统炎症的情况下为受伤的神经元提供神经营养支持[12]。因此，作者猜测星形胶质细胞中SARM1的敲除可能通过增加IL-1β的表达来增加GDNF，这需要进一步的研究证实。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41419-022-05202-z

基金支持：中国科学技术部脑基金编号：2022ZD0204703；国家自然科学基金面上项目编号：LR21H090001, LQ21C090009；浙江省自然科学基金项目编号：92049104, 81971172。

通讯作者：黄智慧（左）、王莹（中）、张旭（右）

（照片提供自：黄智慧/王莹/张旭团队）

通讯作者简介（上下滑动阅读） 

黄智慧，博士，教授、博士生导师、药学院副院长，浙江省“杰出青年基金”获得者、入选浙江省“151第二层次人才”、浙江省“中青年学科带头人”、浙江省“院士结对培养青年英才计划”、杭州市“西湖学者”、温州市“杰出人才”、温州市“青年拔尖人才”、温州市“551第一层次”。任Neurochemical Research期刊编委、Neuroscience Bulletin青年编委、JNS、Glia等杂志审稿专家、中国神经科学学会神经胶质分会委员、中国细胞生物学学会-医学细胞生物学分会委员、浙江省神经科学学会理事、浙江省生理学科学学会理事。从事胶质细胞生物学特性及其相关疾病研究，以第一或通讯作者在Journal of Neuroscience、Aging Cell、Development、Stem Cell Reports、Glia、Theranostics、Cerebral Cortex、Cell Death&Diseases等国际主流期刊发表50余篇SCI论文。主持国家自然科学基金重大研究计划(培育项目)、面上项目等4项国家级课题和浙江省杰青等3项省部级课题，参与科技创新2030-脑科学与类脑研究重大项目、973项目和国家自然科学基金等6项课题。研究成果以第一或主要完成人获得浙江省科学技术进步二等奖、浙江省科学技术进步三等奖、浙江省医药卫生科技一等奖、浙江省医药卫生科技二等奖等科研奖励。

王莹，博士，研究员，研究生导师。浙江大学医学院附属杭州市第一人民医院院长助理、GCP 机构办主任；杭州市卫生健康创新与转化中心办主任；浙江省中药临床安全性评价研究实验室副主任；新型疫苗浙江省工程研究中心方向带头人；浙江省自然科学基金杰出青年基金、浙江省万人计划-青年拔尖人才、浙江省卫生高层 次创新人才、浙江省 151 第三层次人才。以第一完成人获得浙江省科学技术进步二等奖 1 项、浙江省医药卫生科技奖一等奖 1 项。以主要完成人（前三）获得浙江省科学技术进步二等奖 1 项，三等奖 1 项。近年来相关研究成果以第一或通讯作者在 Redox Biology（2021，2020；IF=11.799）、 Theranostics（2021，2021，IF=11.566）、Aging Cell （IF=9.304）、Cell Death Dis.（2021， 2021，IF=8.469）、Glia（2020，2016，2013，IF=7.452）、Free Radical Biology and Medicine（IF=6.02）等国际主流学术期刊发表 30 余篇 SCI 论文，总影响因子 200 分以上，同时发 表 7 篇中文一级期刊论文，以 co-author 在 Cell Research、Cerebral Cortex、Journal of Neuroscience、 Development等本领域国际主流学术期刊发表多篇 SCI 论文。研究成果被 Advanced Materials（IF：25.809）、 Autophagy、Blood Reviews、Cancers、Journal of Neuroscience 、Cell Chemical Biology等合计引用超过 400 余次。主持国家自然科学基金 2 项、浙江省自然科学基金等省部级项目 6 项，主持/参与含 973 课题等的国家级、省部级课题 20 余项。已授权 5 项国家发明专利，10 项国家实用新型专利。担任中华医学会等 6 个国家级学会相关分会的委员、常委。张旭，博士，主任医师、教授、硕士研究生导师、科主任、脑科中心副主任。1985年毕业于温州医学院，历任该附属第一医院神经内科住院、主治、副主任和主任医师。曾在南京医科大学完成全国脑脊液细胞学培训、中国医学科学院北京协和医院专题进修神经免疫学、以及欧洲重症肌无力研究中心、荷兰马斯特利赫特大学神经科学系和德国国家免疫遗传研究所做高访学者。创建温州医学院附属第一医院脑脊液细胞学实验室、神经免疫学实验室及神经免疫学研究团队。擅长临床神经免疫相关疾病如：多发性硬化、重症肌无力、吉兰-巴雷综合征等诊断和治疗。以主要负责人承担省部等各级科研项目10余项，其中已完成的研究曾获浙江省科技进步二等奖、三等奖各一次，浙江省医药卫生科技创新一等奖、二等奖各一次，浙江省高等学校科研成果三等奖一次。以第一作者或通讯作者在国内外专业杂志上发表科研论文60余篇，连续10年5届7次获浙江省自然科学优秀论文二等奖、三等奖。曾被温州市人民政府评为"优秀青年专业人才"和"跨世纪学术和技术带头人"。担任中华医学会神经病学分会第三届全国青年委员、中国免疫学会神经免疫分会委员、中华医学会神经病学分会神经免疫学组委员。

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本文完