撰文︱曹倩，陈建
脑白质损伤（white matter injury, WMI）是脑小血管病（brain small vascular disease， CSVD）的重要特征，与认知功能下降密切相关，且是后者首要干预靶点[1]。目前，由于CSVD脱髓鞘和再髓鞘化的机制尚不明确，还没有有效的治疗策略来改善WMI相关的认知功能下降。小胶质细胞和星形胶质细胞在CSVD的脱髓鞘和再髓鞘中发挥重要作用。小胶质细胞和星形胶质细胞诱导的慢性神经炎症加重WMI，所以，抑制慢性炎症或是一种有效的治疗策略[2]。业已证明，累积的髓鞘碎片通过直接抑制再髓鞘化或促进继发性炎症级联反应进而阻碍白质损伤修复[3]。因此，调节胶质细胞功能的关键分子可能成为WMI的潜在治疗靶点。近期，南京大学医学院附属鼓楼医院徐运/邱树卫课题组在《神经炎症》（Journal of Neuroinammation）（IF=9.587）发表了“Astrocytic CXCL5 hinders microglial phagocytosis of myelin debris and aggravates white matter injury in chronic cerebral ischemia”的研究论文，揭示了星形胶质细胞源性CXCL5在慢性缺血性脑白质损伤中的作用及机制。南京大学医学院附属鼓楼医院徐运教授、邱树卫副主任医师为本论文共同通讯作者，课题组成员曹倩和陈建为论文共同第一作者。研究发现星形胶质细胞来源的CXCL5通过与小胶质细胞CXCR2结合抑制小胶质细胞吞噬髓鞘碎片进而加剧WMI，诱导小鼠认知功能下降。研究表明，在慢性缺血性脑白质损伤模型中，CXCL5-XCR2信号通路介导了一种新的星形胶质细胞-小胶质细胞通路。（拓展阅读：徐运团队相关研究进展，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Adv Sci︱徐运课题组揭示特异性激活内侧前额叶谷氨酸能神经元改善慢性缺血性脑白质损伤；NPP︱徐运课题组揭示前额叶皮层小清蛋白阳性中间神经元在阿尔茨海默病早期情绪障碍调控中发挥重要作用）CXCL5是CXC趋化因子家族中的一种小细胞因子，表达于各种细胞中，包括脑内胶质细胞和内皮细胞[4]，其在中枢神经系统疾病中也发挥重要作用[5]。本研究采用双侧颈总动脉狭窄模型（bilateral common carotid artery stenosis，BCAS）模拟慢性脑缺血，研究发现CXCL5在慢性脑缺血小鼠大脑中显著上调，且主要表达在星形胶质细胞中。为了研究星形胶质细胞中CXCL5在慢性缺血性WMI中的作用，研究者构建了星形胶质细胞Cxcl5条件性敲除（conditional knockout，cKO）小鼠。新物体识别（图1a）、Y迷宫（图1b）及水迷宫（图1c,d）测试结果揭示，星形胶质细胞Cxcl5缺失改善BCAS术后2个月的小鼠认知功能障碍。通过磁共振检查发现，BCAS后Cxcl5 cKO小鼠的FA值高于野生型（wild type，WT）小鼠（图1e），表明Cxcl5 cKO小鼠白质微观结构比对照组更完整。同样，LFB染色(图1f)、胼胝体区MBP蛋白检测（图1g）及电镜检查（图1h）均提示Cxcl5 cKO小鼠慢性脑缺血引起的WMI减轻。这些结果显示敲除星形胶质细胞中Cxcl5可减轻BCAS后认知障碍及白质损伤。图1 星形胶质细胞Cxcl5敲除减轻BCAS后认知障碍及白质损伤研究者发现，与WT小鼠相比，Cxcl5 cKO小鼠胼胝体区成熟少突胶质细胞（APC+OLs）和新生成熟少突胶质细胞（APC+EdU+OLs）数量均增多（图2a），提示CXCL5可能通过影响少突胶质前体细胞的分化而加重了WMI。然而，在体外实验中发现CXCL5重组蛋白加入少突胶质前体细胞分化培养基中，免疫印迹检测的MBP(成熟少突胶质细胞的标记物)和神经胶质抗原2（neuron-glial antigen 2，NG2，少突胶质前体细胞标志物）蛋白水平均无明显变化（图2b）。免疫荧光染色也提示CXCL5对少突胶质前体细胞的增殖分化没有直接影响（图2c）。这些结果表明CXCL5可能间接影响原代少突胶质谱系细胞的命运。CXCR2是目前已知的CXCL5的唯一功能受体[6]，免疫印迹检测（图3a)和免疫荧光染色（图3b）均提示CXCR2在原代小胶质细胞中高度表达。鉴于小胶质细胞在慢性脑缺血诱导的WMI中具有重要作用，研究者通过病毒注射过表达星形胶质细胞的CXCL5，持续喂食PLX5622(集落刺激因子1受体抑制剂）清除脑内小胶质细胞，然后进行BCAS手术来验证星形胶质细胞源性CXCL5是否通过调节小胶质细胞的活性来影响慢性脑缺血的WMI(图3c）。研究结果表明，星形胶质细胞CXCL5过表达后，Y迷宫自发交替次数减少，但小胶质细胞的清除后改变了这一结果(图3d)。此外，MWM测试表明，星形胶质细胞CXCL5过表达导致空间记忆的显著损伤，而当小胶质细胞减少时，这种损伤得到了恢复(图3e，f）。与行为测试一致，各组小鼠胼胝体中的MBP和MAG蛋白水平也证实了这一发现(图3g）。同样，LFB染色(图3h）和MBP免疫染色（图3i）也提示，星形胶质细胞CXCL5过表达加重了BCAS后的WMI，而小胶质细胞的缺失则显著改善了WMI。综上所述，作者的结果表明CXCL5以小胶质细胞依赖的方式加重慢性脑缺血引起的WMI。图3 星形胶质细胞源性CXCL5以小胶质细胞依赖的方式加重慢性缺血性脑白质损伤为了研究CXCL5对小胶质细胞功能的影响，研究者采用流式细胞术检测发现，CXCL5重组蛋白处理后降低了小胶质细胞吞噬髓鞘碎片的能力，而SB225002（CXCR2拮抗剂）则可以改善后者受损的吞噬能力（图4a和b）。研究者还发现，BCAS后Cxcl5 cKO小鼠胼胝体提取的组织蛋白中吞噬相关蛋白（AXL、MERTK、LAMP1和CD68）水平升高（图4c）。此外，研究者通过对Iba-1、CD68（小胶质吞噬溶酶体标记物)和dMBP(damaged myelin basic protein，受损髓鞘碱性蛋白）免疫荧光染色发现，敲除星形胶质细胞中Cxcl5，纹状体区具有吞噬功能小胶质细胞数量增加，与dMBP有接触的小胶质细胞数量增多。通过三维重建，发现条敲鼠的小胶质细胞吞噬髓鞘碎片体积也增多（图4d和e）。这些结果表明星形胶质细胞CXCL5阻碍了小胶质细胞对髓鞘碎片的吞噬。图4 CXCL5阻碍小胶质细胞介导的髓鞘碎片清除作用如图5所示，研究人员发现在BCAS小鼠模型中胼胝体区CXCL5的表达量显著上升，主要在星形胶质细胞中表达。星形胶质细胞特异性Cxcl5敲除可减轻小鼠慢性缺血诱导的WMI及相关认知功能下降。此外，星形胶质细胞来源的CXCL5以小胶质细胞依赖的方式加重BCAS小鼠WMI和认知能力下降。进一步研究发现CXCL5抑制了小胶质细胞清除髓鞘碎片的功能。本研究中，作者揭示了星形胶质细胞来源的CXCL5通过抑制小胶质细胞对髓鞘碎片的吞噬而加重慢性脑缺血所致的WMI和认知能力下降，提示CXCL5可能是CSVD的一个新的治疗靶点。但是，CXCL5对CSVD中星形胶质细胞和内皮细胞的影响及其对小胶质细胞吞噬功能影响的潜在机制都有待进一步研究。此外，BCAS模型缺乏与CSVD、衰老和高血压相关的主要因素[7]。因此，未来需要更合适的模型来探索CXCL5在CSVD中的作用。原文链接：https://doi.org/10.1186/s12974-023-02780-3
课题组成员曹倩和陈建为论文共同第一作者；南京大学医学院附属鼓楼医院徐运教授和邱树卫副主任医师为本论文共同通讯作者。该研究在国家科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大专项、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划等课题支持下完成。近年来，徐运教授课题组一直聚焦脑血管病和AD的基础和临床转化研究，在疾病的发病机制和干预等方面取得了重要进展，研究成果此前已发表于PNAS（2019）、Molecular Therapy（2021）、Neuropsychopharmacology（2022）、J NeuroIntervent Surg（2022）、Adv Sci（2022）等期刊。通讯作者：徐运 教授 主任医师 （左），邱树卫 副主任医师（右）（照片提供自：南京大学医学院附属鼓楼医院神经内科徐运/邱树卫团队）
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