Neuron丨tau病理模型和阿尔茨海默

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阿尔茨海默病最为代表性的病理特征为大脑中淀粉样蛋白斑块的沉积和神经纤维缠结(NFT)的积聚。除了这些病理特征外，AD还伴有明显的神经炎症，表现为小胶质细胞增生、效应性星形胶质细胞增生和促炎细胞因子水平升高。补体是一种血清蛋白质，存在于人和脊椎动物血清及组织液中，活化后具有酶活性、可介导免疫应答和炎症反应。可被抗原-抗体复合物或微生物所激活，导致病原微生物裂解或被吞噬。补体途径是先天免疫的关键调节因子，补体途径分子能够在中枢神经系统(CNS)中表达。经典的补体激活需要将中央补体因子C3切割成C3a和C3b，通过与其受体C3aR和CR3结合而各自引发下游事件。作者在此前的研究揭示了C3-C3aR介导的神经元-免疫交互影响免疫网络功能和Aβ病理，提示C3-C3aR轴通过神经元和星形胶质细胞相互作用在AD中发挥重要作用。在本文中作者发现C3和C3a受体(C3aR1)的表达与人类AD的认知功能下降和Braak分期呈正相关。PS19小鼠中C3ar1的缺失可以挽救tau病变，减轻神经炎症、突触缺陷和神经变性。通过RNA测序和细胞类型特异性转录分析，我们确定了一个C3aR依赖的转录因子网络，该网络调节一个反应性胶质开关，该开关的失活可以改善疾病相关的小胶质细胞和神经毒性星形胶质细胞的特征。该C3aR网络包含多个与晚发性阿尔茨海默病相关的基因。

为了评估补体C3-C3aR信号在人类疾病中的影响，作者首先利用了纽约西奈山医学院对患者海马旁回组织RNA测序数据，经再处理，分析了C3和C3aR1的表达。这些数据为C3和C3aR在人类自发性疾病和tau转基因小鼠中的激活提供了支持。

为了研究C3-C3aR信号在免疫调节和tau发病机制中的作用，作者将PS19与C3aR基因敲除小鼠杂交，并在检测了小鼠在9月龄时神经炎症特征，结果显示C3aR调节老年PS19小鼠星形胶质细胞和小胶质细胞的反应性和促炎细胞因子的产生。

接下来，作者评估C3aR功能丧失对tau病理和神经元功能的影响，结果显示C3ar1基因缺失减轻tau转基因小鼠的tau病理并改善神经元功能。

为了进一步了解C3aR缺失对功能的影响，作者分别通过突触标记蛋白的高分辨率成像和体视学检查了PS19和PS19/C3aRKO小鼠以及WT和C3aRKO对照小鼠的突触和神经元属性。发现PS19小鼠突触点减少可能是由于小胶质细胞吞噬增加所致，而C3aR的失活挽救PS19小鼠突触和神经元丢失。

为了更深入地了解C3aR功能的分子机制，作者对9月龄的四组小鼠海马组织进行了RNA测序(RNAseq)分析（WT、C3aRKO、PS19和PS19/C3aRKO）。测序结果支持了C3aR调节的基因信号在小鼠和人之间表达的保守变化，并提示C3-C3aR信号的升高可能通过调节炎症反应和免疫细胞激活而参与AD的发病。C3aR的敲减很大程度性地减少了不同细胞亚型的神经炎性信号，因此作者推测C3aR可能调节了关键转录因子的表达，这些转录因子推动了PS19小鼠的表达变化。为了验证这一假设，作者使用TRANSFAC数据库，基于PS19和WT小鼠之间的基因差异表达水平建立了PS19关键转录因子网络。小胶质细胞在介导PS19小鼠C3aR下游的转录变化中发挥了主要作用。这一结果与小鼠脑中小胶质细胞C3aR的表达模式和PS19/C3aRKO小鼠中小胶质细胞感觉体基因表达减少是一致的。说明C3aR的失活能够逆转PS19小鼠小胶质细胞和星形胶质细胞基因信号及免疫转录因子网络失调。接下来，为了检测C3-C3aR是否诱导STAT3靶基因的转录，作者用qPCR检测了STAT3反应元件依赖的荧光素酶活性和STAT3靶基因细胞因子信号转导抑制因子3(SOCS3)的表达。结果显示IL6和C3处理的细胞中荧光素酶报告活性和SOCS3mRNA水平增加，C3aRA阻断了C3的作用。利用来自野生型和C3ar1缺失小鼠的原代小胶质细胞培养，也验证了C3-C3aR对PSTAT3及其下游信号的直接调节。以上结果都将C3-C3aR与STAT3磷酸化和激活联系起来。C3-C3aR信号对PSTAT3活性的直接调控支持其可能是C3aR下游功能调节因子的假设。通过延伸，抑制PSTAT3在PS19小鼠可能会产生与C3aR消融类似的效果。为了测试这种可能性，作者使用一种STAT3磷酸化位点抑制剂SH-4-54，它可以穿越血脑屏障。正如预期的那样，SH-4-54(SH)有效地阻断了IL6和C3诱导的BV2细胞STAT3磷酸化和SOCS3表达。该结果说明C3-C3aR在体外直接激活PSTAT3信号，在体内阻断C3aR或PSTAT3所产生的相似效应，为补体和STAT3信号通路在介导tau致病过程中功能性互作提供了支持。总结作者通过将PS19tau转基因小鼠与C3ar1缺陷小鼠杂交，研究了C3-C3aR信号在tau发病中的作用。通过神经病理和功能测定揭示了C3aR在介导免疫网络和神经元tau病理中的关键作用。此外，研究还发现STAT3是C3aR的直接靶点，C3aR通过STAT3在功能上调节tau的致病过程。文章用多种实验互相验证，较为全面证明补体C3aR在介导免疫稳态和tau病理中起关键作用。阐明了保守的C3aR网络和补体信号与STAT3激活之间的交互作用，揭示了新的病理机制和治疗途径。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇

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