LPS诱导神经炎症破坏阿尔茨海默病细胞模型中脑源性神经营养因子与激酶通路的机制研究

《Cellular and Molecular Neurobiology》：LPS-Induced Neuroinflammation Disrupts Brain-Derived Neurotrophic Factor and Kinase Pathways in Alzheimer's Disease Cell Models

本研究针对阿尔茨海默病（AD）中神经炎症导致神经元功能障碍的机制，通过LPS诱导的SH-SY5Y细胞、原代神经元和3D球体模型，系统研究了神经炎症对BDNF水平、促炎因子（IL-6、TNF-α）及关键激酶（PKA、AKT、MAPK）信号通路的影响。结果显示LPS显著降低细胞活力与BDNF表达，同时激活炎症通路，揭示了神经炎症通过破坏神经营养支持与激酶平衡加剧AD病理进程，为靶向神经炎症的AD治疗策略提供了实验依据。

　　

随着全球人口老龄化加剧，阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）已成为威胁老年人健康的重大公共卫生问题。这种神经退行性疾病以进行性认知功能下降和记忆丧失为特征，其病理机制复杂且尚未完全阐明。传统研究主要聚焦于β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积和Tau蛋白过度磷酸化两大经典病理特征，然而针对这些靶点的治疗策略屡屡受挫，促使科学家将目光转向新的研究方向。近年来，神经炎症（Neuroinflammation）作为AD第三大病理支柱的观点逐渐获得认可，但炎症如何具体影响神经元功能及其细胞内信号传导机制仍存在研究空白。

在AD病程中，大脑内的免疫细胞——特别是小胶质细胞和星形胶质细胞——会被异常激活，释放大量促炎细胞因子，形成慢性炎症微环境。这种持续存在的炎症状态不仅加剧Aβ和Tau病理，更直接导致突触功能障碍和神经元死亡。尤为关键的是，神经炎症与脑源性神经营养因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF）的失调密切相关。BDNF是维持神经元存活、促进突触可塑性的关键蛋白，其水平降低与AD患者的认知障碍程度直接相关。然而，炎症信号如何干扰BDNF表达及其下游激酶通路，仍是未解之谜。

为了解决这一科学问题，由Behrouz Shademan、Hadi Yousefi、Rahim Sharafkhani和Alireza Nourazarian组成的研究团队在《Cellular and Molecular Neurobiology》上发表了最新研究成果。研究人员创新性地采用脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）诱导的神经炎症模型，系统探讨了炎症应激对神经元模型的影响。LPS是革兰氏阴性菌细胞壁成分，通过激活Toll样受体4（Toll-Like Receptor 4, TLR4）信号通路，可可靠地模拟AD相关的神经炎症反应。研究不仅使用常规二维（2D）培养的SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞系，还纳入原代神经元和三维（3D）球体培养模型进行对比分析，从而更全面地评估不同模型系统的生理相关性。

本研究主要采用细胞培养与处理、细胞活力检测（MTT法）、酶联免疫吸附试验（ELISA）、基因表达分析（qPCR）以及3D球体培养等关键技术方法。其中SH-SY5Y细胞系购自德黑兰巴斯德研究所，原代神经元取自新生Sprague-Dawley大鼠皮质，所有实验均通过霍伊医科大学伦理委员会审批（IR.KHOY.REC.1402.030）。

LPS处理降低SH-SY5Y细胞活力

研究结果显示，LPS处理以剂量和时间依赖方式显著降低SH-SY5Y细胞活力。在最高浓度（5μg/mL）和处理48小时后，细胞活力出现最明显下降，证实LPS诱导的神经炎症对神经元具有直接毒性作用。

LPS降低SH-SY5Y细胞中BDNF水平

通过ELISA检测发现，LPS处理导致BDNF水平显著降低，且呈现剂量依赖性。在5μg/mL LPS处理24小时后，BDNF浓度降至60±2 pg/mL，较对照组（120±3 pg/mL）下降约50%，表明神经炎症严重损害了神经元的神经营养支持系统。

神经炎症标志物分析

LPS升高IL-6和TNF-α水平

研究发现LPS处理显著提升促炎细胞因子IL-6和TNF-α的表达水平。在5μg/mL LPS浓度下，IL-6和TNF-α分别达到120±7 pg/mL和150±8 pg/mL，较对照组增加10倍以上，证实LPS成功诱导了强烈的炎症反应。

COX-2和NOS水平

研究还检测了环氧化酶-2（Cyclooxygenase-2, COX-2）和 nitric oxide synthase (NOS)的水平，两者均为炎症关键介质。LPS处理后，COX-2和NOS均呈剂量依赖性增加，最高浓度下分别达到3.5±0.5 ng/mL和3.3±0.5 pg/mL，表明炎症反应中氧化应激途径被激活。

PKA、AKT和MAPK基因表达

通过qPCR分析发现，LPS处理显著上调了蛋白激酶A（Protein Kinase A, PKA）、蛋白激酶B（AKT）和丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK）的基因表达。PKA、AKT和MAPK的fold change分别达到2.5±0.3、3.0±0.4和2.8±0.4，表明这些关键激酶通路在神经炎症应激下被激活，可能参与调节细胞生存与炎症反应。

与原代神经元和3D培养物的比较分析

初步比较显示，3D球体培养模型比传统2D培养表现出更强烈的炎症反应。3D球体中COX-2和NOS的fold change分别达到4.2±0.6和4.0±0.6，细胞活力下降至对照组的60±7%，表明3D模型能更好地模拟体内神经炎症的复杂性。

研究结论与讨论部分强调，神经炎症在AD进程中扮演关键角色，通过多种机制导致神经元功能障碍。LPS诱导的神经炎症不仅降低细胞活力和BDNF水平，还激活促炎细胞因子和关键激酶通路。特别值得注意的是，3D球体培养模型显示出更接近生理状态的炎症反应，这主要归因于其能更好地模拟大脑微环境中的细胞-基质相互作用、细胞间通讯以及氧和营养梯度。这种增强的炎症反应使3D模型成为研究AD神经炎症和药物筛选的优越平台。

机制上，LPS可能通过TLR4/NF-κB通路抑制cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response element-binding, CREB）的活性，从而抑制BDNF转录。同时，炎症产生的活性氧物种导致氧化应激，引起线粒体功能障碍和BDNF启动子表观遗传修饰，进一步加剧神经营养支持系统的破坏。激酶通路的变化则反映了细胞在炎症应激下的适应性反应，其中PKA、AKT和MAPK通路的失调可能共同导致突触可塑性受损和神经元死亡。

本研究的意义在于系统阐明了神经炎症影响神经元功能的具体分子机制，为开发针对神经炎症的AD治疗策略提供了新靶点。未来研究可进一步利用转基因AD动物模型验证这些发现，并探索针对NF-κB、JAK/STAT或NLRP3通路抑制剂的治疗潜力。多靶点治疗策略，如抗炎药物与神经营养增强剂的联合应用，可能为AD治疗开辟新途径。

总之，这项研究深入揭示了神经炎症通过破坏BDNF信号和激酶平衡加剧AD病理的分子机制，强调了神经炎症作为AD治疗靶点的重要性，为开发改善神经元存活和功能的干预策略提供了重要理论依据。