Aging Cell︱南京大学徐运团队揭示AIM2通过补体依赖的小胶质细胞突触吞噬介导衰老相关认知功能障碍

撰文︱叶  蕾，舒  姝

责编︱王思珍，方以一

人口老龄化是日趋严重的全球性问题，痴呆症的发病率也随之增加[1]，因此寻找衰老相关认知障碍的具体机制至关重要。模式分离 （Pattern Separation，PS） 是指从高度相似但略有不同的事件或刺激中形成不同记忆的过程，现已证实它是衰老、轻度认知障碍和阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）最先受到影响的认知功能之一[2]。海马齿状回（Dentate Gyrus，DG）区域被认为在 PS中发挥重要作用[3-5]。突触损伤是衰老相关认知障碍和神经退行性疾病的主要病理事件[6-7]。众所周知小胶质细胞在调节中枢神经系统突触修剪中发挥关键作用，而异常的小胶质细胞吞噬作用参与调节衰老和神经退行性疾病中的突触修剪[6]。

黑色素瘤缺乏因子2（Absent in melanoma 2，AIM2）是炎症小体的重要组成部分，充当双链DNA（double strand，dsDNA）的传感器，并在抗病毒、抗菌防御以及自身免疫性疾病中发挥重要作用[8]。脑内AIM2主要在小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元和内皮细胞中表达[9-10]。徐运课题组之前的研究表明，AD小鼠模型海马区域AIM2的表达显着上调，而AIM2敲除后小鼠的突触可塑性以及空间学习和记忆功能改善[11]。然而，AIM2在衰老相关认知功能障碍中的作用尚不清楚。本研究旨在探讨AIM2在调节衰老模式分离行为障碍中的作用，并进一步揭示AIM2调节海马DG区突触损伤的机制。

2023年5月13日，南京大学医学院附属鼓楼医院的徐运教授团队在《老化细胞》（Aging Cell）上发表了题为“Absent in melanoma 2 mediates aging-related cognitive dysfunction by acting on complement-dependent microglial phagocytosis”的研究论文，提出了AIM2在衰老中调控小胶质细胞吞噬神经元突触从而导致小鼠模式分离受损的重要作用。博士生叶蕾、舒姝博士为论文共同第一作者，徐运教授、柏峰教授、朱晓蕾教授为论文通讯作者。在此项研究中，作者发现衰老小鼠的模式分离功能受损，并伴有明显的DG区突触损伤和AIM2表达升高，并进一步使用AIM2过表达病毒和AIM2缺失小鼠研究了AIM2在调节模式分离功能和突触可塑性中的作用以及机制。结果表明AIM2通过补体途径调节DG区小胶质细胞对突触的修剪，导致衰老小鼠的突触可塑性和模式分离功能受损。（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）：J Neuroinflammation︱南大徐运/邱树卫团队揭示星形胶质细胞源性CXCL5在慢性缺血性脑白质损伤中的作用及机制；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）

本研究对2月龄小鼠和13月龄小鼠进行行为学检测并发现13月龄小鼠的模式分离行为以及DG区突触结构受损（图1），且DG区AIM2的表达明显升高（图1）。以上结果提示，老龄鼠模式分离行为及DG区神经元突触结构受损，可能与AIM2表达升高相关。

图1 老龄鼠模式分离行为及DG区神经元突触结构受损，可能与AIM2表达升高相关。

（图源：Lei Ye,et al., Aging Cell, 2023）

随后作者构建AIM2基因敲除小鼠并进行行为学检测证实13月龄AIM2基因敲除鼠模式分离行为和DG区突触结构改善（图2）。

（注，图2编辑错用，正确图见原文图2）图2 AIM2敲除挽救DG区神经元突触损伤、改善老龄鼠模式分离受损。

（图源：Lei Ye,et al., Aging Cell, 2023）

为了进一步证实AIM2在调节模式分离中的作用，作者将慢病毒LV-AIM2-EGFP和LV-EGFP注射到C57BL/6小鼠海马DG区，发现与control组小鼠相比，AIM2-OE组小鼠模式分离行为明显受损，DG区的突触结构和功能明显受损（图3）。这表明，DG区AIM2表达升高与模式分离缺陷相关，并且导致突触结构和功能受损。

图3 DG区AIM2表达升高与模式分离缺陷相关，并且导致突触结构和功能受损。

（图源：Lei Ye,et al., Aging Cell, 2023）

为了进一步探究AIM2调节模式分离功能的潜在机制，作者运用免疫荧光检测DG区AIM2在脑内不同细胞中的表达，结果发现13月龄小鼠DG区AIM2的表达水平升高主要发生在小胶质细胞中（图4），且13月龄小鼠、AIM2-OE小鼠DG区小胶质细胞的吞噬活性和对突触的吞噬明显增加（图4）。随后作者在原代小胶质细胞中转染LV-AIM2-EGFP和LV-EGFP，采用流式细胞分选技术检测小胶质细胞的吞噬活性，并将转染病毒的原代小胶质细胞与原代神经元进行共培，证实过表达AIM2的原代小胶质细胞的吞噬活性和对突触的吞噬明显增加（图4）。以上结果提示，AIM2能够调节小胶质细胞吞噬活性及突触吞噬。

图4 AIM2能够调节小胶质细胞吞噬活性及突触吞噬。

（图源：Lei Ye,et al., Aging Cell, 2023）

为了进一步探究AIM2调节小胶质细胞吞噬活性以及突触吞噬的潜在机制，作者检测了各组小鼠DG区以及control组和AIM2-OE组原代小胶质细胞中补体的表达和分布。结果表明DG区AIM2表达升高会导致的补体C1q表达升高，并且主要定位于小胶质细胞，补体C3的表达也明显升高并且与PSD-95的共定位增加（图5）。此外13月龄小鼠DG区C1q和C3的表达明显高于2月龄小鼠，而AIM2缺失可降低C1q和C3的表达（图5）。与体内实验一致，过表达AIM2的原代小胶质细胞中补体C1q和C3的表达明显升高（图5）。以上结果提示，补体途径可能参与AIM2对小胶质细胞吞噬活性及突触吞噬的调节。

图5 补体途径可能参与AIM2对小胶质细胞吞噬活性及突触吞噬的调节。

（图源：Lei Ye,et al., Aging Cell, 2023）

图6 工作总结图：AIM2通过补体依赖的小胶质细胞突触吞噬介导衰老相关认知功能障碍。

（图源：Lei Ye,et al., Aging Cell, 2023）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究结合行为学、分子生物学、电生理等多种技术方法，证实AIM2在衰老小鼠海马DG区表达升高，AIM2缺失能够改善衰老小鼠的模式分离行为和突触损伤，而野生型小鼠DG区AIM2表达上调可能会出现类似于衰老小鼠的模式分离行为和突触受损，同时发现AIM2表达升高以补体依赖性的方式促进小胶质细胞对突触的吞噬作用。本研究揭示了AIM2在突触功能调节中的作用，为改善衰老相关认知功能障碍提供了新的方向。

此外，在本研究的机制探索部分，作者证实AIM2表达升高以补体依赖性的方式促进小胶质细胞对突触的吞噬作用，但具体的机制仍不清楚，有待进一步研究。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ctm2.1250

通讯作者：徐运教授

（照片提供自：徐运教授团队）

通讯作者介绍：徐运，主任医师、教授、博士生导师、国务院政府特殊津贴专家、首席科学家、中国杰出神经内科医师，江苏省优秀医学领军人才。南京鼓楼医院神经内科行政主任、国家临床重点专科（神经病学）学科带头人、中华医学会神经病学分会副主任委员、中国医师协会神经内科副会长、江苏省神经内科临床重点专科和神经病学重点学科带头人、南京大学脑重大疾病转化医学研究所所长等。曾在德国海德堡大学、美国霍普金斯大学留学。长期致力于脑血管病和AD的基础和临床研究。主持国家、省部级科研项目30多项。其中牵头 “脑科学与类脑研究”重大项目1项、国自然基金重点项目3项、国际合作1项、江苏省科技厅医学重点项目3项等。获省部级科技一、二等奖5项。发明专利10项。主编和参编论著12部，副主编和参编教材5部。主笔和参编神经系统疾病诊疗指南30余部。发表论文300余篇，通讯SCI文章202篇，H因子46。发表在PNAS、Stroke、Brain Behav Immun、Mol Ther、Adv Sci、Aging Cell、J Neuroinflammation、NPP等高水平杂志上，入选2020年、2021年“中国高被引学者”，为最具全球影响力的中国学者。

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