Neurosci Bull︱南京大学徐运/陈妍团队揭示MFG-E8通过吞噬髓鞘碎片改善慢性脑缺血相关认知障碍

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撰文︱董小红

审阅︱陈  妍

责编︱王思珍

慢性脑灌注不足（Chronic cerebral hypoperfusion，CCH）是导致认知障碍甚至痴呆的病理生理机制之一[1]。CCH导致的脑白质损伤(White matter injury, WMI)是认知功能障碍的主要致病机制[2,3]。白质脱髓鞘是WMI的组织病理学表现[4,5]。小胶质细胞吞噬堆积的髓鞘碎片，改善局部微环境，促进髓鞘再生可以改善CCH相关认知障碍[6]。乳脂球-表皮生长因子-因子8（milk fat globule-epidermal growth factor-factor 8，MFG-E8）是介导小胶质细胞吞噬的重要分泌蛋白[7]。在局灶性脑缺血模型中，MGF-E8可结合于小胶质细胞表面，识别磷脂酰丝氨酸，促进小胶质细胞吞噬神经元[8]。然而，MFG-E8是否能促进小胶质细胞吞噬髓鞘碎片，促进髓鞘再生，目前尚不清楚。

南京大学医学院附属鼓楼医院徐运/陈妍课题组在《神经科学通报》（Neuroscience Bulletin）上发表题为“MFG-E8 Alleviates Cognitive Impairments Induced by Chronic Cerebral Hypoperfusion by Phagocytosing Myelin Debris and Promoting Remyelination ”的研究论文，揭示了MFG-E8通过促进小胶质细胞吞噬髓鞘碎片、增加髓鞘再生，从而改善慢性脑缺血导致的认知功能障碍，提示MFG-E8是治疗CCH相关认知功能障碍的潜在分子。南京大学医学院附属鼓楼医院徐运教授、陈妍主治医师为本论文共同通讯作者，课题组成员董小红为论文第一作者。（拓展阅读：徐运课题组研究进展，详见“逻辑神经科学”报道：本文末【特别专栏】）

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。作者首先检测了模型后不同时间点的小鼠胼胝体（Corpus callosum，CC）中MFG-E8的mRNA和蛋白水平。发现MFG-E8 mRNA和蛋白表达在BCAS后1个月和2个月均显著下降，且在术后2个月下降较为明显(图1A- 1C)。然后，为了确定慢性脑缺血后MFG-E8表达降低对认知功能的影响，作者对WT和MFG-E8^-/-小鼠进行了多项行为学测试(图1D-1I)。结果表明，MFG-E8可改善BCAS诱导的认知功能损害。

图1. BCAS后MFG-E8表达降低，MFG-E8缺失加重BCAS诱导的认知功能障碍。

脑白质损伤是BCAS后认知功能下降的重要病理机制。为了探讨MFG-E8对认知功能的改善作用是否与修复脑白质损伤有关，作者采用神经影像学、黑金染色、电镜检测WT和MFG-E8^-/-小鼠脑白质损伤程度。术前和术后60d分别对WT和MFG-E8^-/-小鼠进行含DTI序列的全脑MRI扫描发现， MFG-E8^-/-小鼠在BCAS后60d的各向异性（FA）值显著低于WT组(图2A和2B)。此外，黑金染色提示MFG-E8^-/-小鼠胼胝体结构更为疏松 (图2C和2D)。电镜观察两组小鼠髓鞘超微结构，G-ratio分析显示，MFG-E8^-/- 小鼠在BCAS术后 2月的髓鞘厚度显著降低 (图2E-2G)。这些数据提示MFG-E8可改善BCAS诱导的白质损伤。

图2. MFG-E8可减轻BCAS小鼠脑白质损伤。

少突胶质细胞及其包裹的轴突是脑白质的主要成分。据相关文献报道，白质损伤后，OPCs可以分化为成熟的少突胶质细胞，从而产生新的髓鞘来包裹轴突，这个过程被称为髓鞘再生。为了探究MFG-E8是否影响脑慢性缺血后的髓鞘再生，我们使用Olig2（少突胶质细胞谱系细胞标记物）和CC1（成熟少突胶质细胞标记物）两种标志物进行免疫荧光染色。结果发现，MFG-E8^-/-小鼠胼胝体内成熟少突胶质细胞（CC1⁺Oligo2⁺细胞）数量较WT明显降低 (图3A和3B)。此外，作者还测量了WT和MFG-E8^-/-小鼠胼胝体中不同少突胶质细胞谱系标记物的蛋白表达，结果显示，BCAS术后60天时，两组小鼠中NG2⁺细胞（OPCs标志物）的表达差异无统计学意义。而相较于WT组，MFG-E8^-/-小鼠中成熟少突胶质细胞标记物PLP1和MBP表达显著下降 (图3C和3D)。上述结果表明，MFG-E8增加了BCAS后成熟少突胶质细胞的数量，对BCAS后髓鞘再生具有促进作用。

图3: MFG-E8缺失阻碍了OPCs向成熟少突胶质细胞的分化。

白质损伤后产生的髓鞘碎片会抑制髓鞘再生，在卒中和AD模型中，MFG-E8可作为一种衔接蛋白增强小胶质细胞对凋亡细胞和Aβ的吞噬。然而，目前尚不清楚MFG-E8是否能够提高小胶质细胞对髓鞘碎片的吞噬。作者采用免疫荧光法检测了BCAS模型中髓鞘碎片的吞噬情况。与WT小鼠相比，MFG-E8^-/-小鼠内CD68⁺Iba-1⁺的吞噬小胶质细胞内dMBP的平均体积较小，提示其吞噬活性受损 (图4A和图4B)。同时，体外实验进一步证实重组小鼠MFG-E8 (rmMFG-E8)蛋白能增强原代小胶质细胞吞噬髓鞘碎片的能力。我们向小胶质细胞中添加了α_Vβ₃和α_Vβ₅受体的特异性拮抗剂cilengitide，结果表明，rmMFG-E8增强的吞噬作用被cilengitide抑制（图4C）。这提示MFG-E8通过结合小胶质α_Vβ₃和α_Vβ₅受体增强对髓鞘碎片的吞噬作用。

图4: MFG-E8通过结合小胶质细胞α_Vβ₃和α_Vβ₅受体增强对髓鞘碎片的吞噬作用。

由于MFG-E8对BCAS诱导的认知损害具有保护作用，进一步探索其来源，并增加其分泌具有重要意义。过去研究发现MFG-E8表达于多种细胞，包括巨噬细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞、神经干细胞等。通过免疫荧光染色、流式细胞分选技术及体外不同原代细胞mRNA检测等方法发现星形胶质细胞是MFG-E8的主要来源，而不是小胶质细胞，尽管既往MFG-E8的研究主要集中于小胶质细胞，但作者认为，小胶质细胞可能是MFG-E8作用的靶细胞，而非其主要来源细胞。作者分选BCAS后星形胶质细胞，检测其MFG-E8的mRNA表达发现，BCAS后MFG-E8表达的降低主要由于其在星形胶质细胞中的表达减少。体外实验进一步证实，给予原代星型胶质细胞髓鞘碎片和CoCl2刺激后，MFG-E8表达水平下调。

图5: MFG-E8主要由中枢神经系统的星形胶质细胞表达和分泌。

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究结合分子生物学、行为学、投射电镜、小鼠头颅核磁共振等多种技术，首次发现MFG-E8通过促进小胶质细胞吞噬髓鞘碎片和髓鞘再生来改善慢性脑缺血后的认知功能障碍，同时作者提出星型胶质细胞是MFG-E8的主要来源细胞，其作用于小胶质细胞α_Vβ₃/α_Vβ₅受体，提高小胶质细胞Rac1活性，增加小胶质细胞IGF-1表达，从而促进OPCs向成熟少突胶质细胞分化，发挥修复白质损伤的作用。希望在未来，可以基于本研究和其他相关研究，深入探索MFG-E8的临床转化前景，为治疗慢性脑缺血相关认知功能障碍提供新的方向。

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.10.002

课题组成员董小红为论文第一作者；南京大学医学院附属鼓楼医院徐运教授和陈妍主治医师为本论文共同通讯作者。该研究在国家自然科学基金课题支持下完成。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）、J Neuroinflammation（2023）等期刊。

通讯作者：徐运 教授 主任医师 （左），陈妍 主治医师（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/陈妍团队）

特别专栏：徐运课题组进展报道

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扫码添加微信，并备注：逻辑-文献-姓名-单位-研究领域-学位/职称（注：不按要求格式备注，则不通过好友申请）参考文献 [1] Duncombe J, Kitamura A, Hase Y, Ihara M, Kalaria RN, Horsburgh K. Chronic cerebral hypoperfusion: a key mechanism leading to vascular cognitive impairment and dementia. Closing the translational gap between rodent models and human vascular cognitive impairment and dementia. Clin Sci (Lond) 2017, 131: 2451-2468.[2] Hase Y, Horsburgh K, Ihara M, Kalaria RN. White matter degeneration in vascular and other ageing-related dementias. J Neurochem 2018, 144: 617-633.[3] Hu HY, Ou YN, Shen XN, Qu Y, Ma YH, Wang ZT, et al. White matter hyperintensities and risks of cognitive impairment and dementia: A systematic review and meta-analysis of 36 prospective studies. Neurosci Biobehav Rev 2021, 120: 16-27.[4] Simons M, Nave KA. Oligodendrocytes: Myelination and Axonal Support. Cold Spring Harb Perspect Biol 2015, 8: a020479.[5] Chen L, Ren SY, Li RX, Liu K, Chen JF, Yang YJ, et al. Chronic Exposure to Hypoxia Inhibits Myelinogenesis and Causes Motor Coordination Deficits in Adult Mice. Neurosci Bull 2021, 37: 1397-1411.[6] Rawji KS, Mishra MK, Yong VW. Regenerative Capacity of Macrophages for Remyelination. Front Cell Dev Biol 2016, 4: 47.[7] Cheyuo C, Aziz M, Wang P. Neurogenesis in Neurodegenerative Diseases: Role of MFG-E8. Front Neurosci 2019, 13: 569.[8] Neher JJ, Emmrich JV, Fricker M, Mander PK, Théry C, Brown GC. Phagocytosis executes delayed neuronal death after focal brain ischemia. Proc Natl Acad Sci U S A 2013, 110: E4098-4107.


编辑︱王思珍
本文完