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为探究衰老细胞(SCs)在实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)中的作用及清除 SCs 的治疗效果,研究人员开展相关研究。结果显示,EAE 小鼠脊髓和脑膜中有衰老样髓样细胞积累,用达沙替尼和槲皮素(DQ)清除这些细胞未改善临床结局。该研究对理解多发性硬化(MS)治疗有重要意义。
多发性硬化(Multiple Sclerosis,MS)是一种令人头疼的中枢神经系统慢性炎症性疾病,就像大脑和脊髓的 “小恶魔”,它会搞破坏,让神经细胞的髓鞘脱落,还会让神经轴突慢慢退化。患者一开始可能只是时不时地发病,身体出现各种不适,但随着时间推移,病情会越来越严重,进入到进展期,恢复起来变得很困难,残疾情况也会不断加重。目前,虽然已经知道衰老细胞(Senescent Cells,SCs)可能参与了 MS 的病变过程,但是它在疾病里到底扮演着什么角色,还有用药物减少 SCs 能不能治疗 MS,这些问题都还是谜团。
为了搞清楚这些问题,美国乔治敦大学(Georgetown University)的研究人员展开了深入研究。他们把目光聚焦在实验性自身免疫性脑脊髓炎(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis,EAE)小鼠模型上,这个模型和 MS 很相似。研究人员想知道在 EAE 小鼠中,衰老细胞会有什么变化,减少这些细胞又会带来什么影响。经过一系列实验,他们发现 EAE 小鼠脊髓实质和脑膜中会积累衰老样髓样细胞。不过让人意外的是,用达沙替尼(Dasatinib)和槲皮素(Quercetin,DQ)组成的药物组合治疗,虽然能减少这些衰老样髓样细胞,却没办法让 EAE 小鼠的病情好转。而且增加 DQ 的剂量,或者用 INK - ATTAC 转基因小鼠做实验,都没有改善 EAE 的严重程度。组织病理学分析也表明,治疗组和对照组在脱髓鞘和轴突变性方面没有明显差异。这一研究成果发表在了《Journal of Neuroinflammation》上,为 MS 的研究提供了重要线索,让人们重新思考衰老细胞和 MS 治疗之间的关系。
研究人员主要采用了以下几种关键技术方法:首先是构建 EAE 小鼠模型,选用 9 - 12 周龄的 C57BL/6 雌性小鼠,通过给它们注射髓鞘少突胶质细胞糖蛋白 35 - 55(Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein35 - 55,MOG35 - 55)等诱导发病。然后运用了多种细胞检测技术,比如用流式细胞术(Flow Cytometry,FCM)分析不同免疫细胞中衰老相关蛋白的表达;还有免疫荧光(Immunofluorescent,IF)技术,用来观察细胞中蛋白的定位和表达情况。另外,对已有的单细胞 RNA 测序(Single Cell RNA Sequencing,scRNAseq)数据集进行重新分析,来确定衰老相关基因的表达变化。
下面来看看具体的研究结果:
- EAE 诱导后 CNS 脑膜中经典衰老标记物增加:研究人员诱导小鼠患上 EAE 后,在发病 28 天(对应疾病慢性期,临床评分 3)时采集脊髓样本。通过检测发现,和正常小鼠相比,EAE 小鼠脊髓腹侧白质中衰老相关 β - 半乳糖苷酶(Senescence - Associated β - Galactosidase,SA - gal)、p16 和 p21 等经典衰老标记物呈现阳性染色。这些衰老细胞大多集中在硬脑膜静脉窦和软脑膜附近,而且主要存在于 B220+B 细胞和 CD11b+髓样细胞中,不在 CD3+T 细胞里。这表明在 EAE 诱导后,软脑膜区域的部分免疫细胞出现了细胞衰老现象。
- 髓样细胞是主要表达 p21 衰老标记的免疫细胞:对 EAE 小鼠脊髓和脑膜的免疫细胞进行分析,研究人员发现了两种表达 p21 的细胞群体,分别是荧光强度弱 / 中等(p21interm)和荧光强度强 / 高(p21hi)的细胞。EAE 小鼠中这两种 p21+CD45+亚群的细胞总数明显比正常小鼠多。进一步研究发现,p21hi巨噬细胞(CD45hiCD11b+F4/80+)、p21interm中性粒细胞(CD45hiCD11b+Ly6G+)和 p21interm小胶质细胞(CD45intermCD11b+)的数量在 EAE 诱导后都有所增加。在脾脏中也发现了类似的情况,说明脾脏可能是中枢神经系统中 p21 表达细胞的一个来源。
- 髓样细胞的 SenMayo 基因特征随疾病进展增加:利用 SenMayo 基因集对已有的 scRNAseq 数据集进行分析,研究人员发现大多数衰老细胞是髓样细胞,而且随着 EAE 病情加重,髓样细胞中衰老相关基因的表达也在增加。同时,他们还比较了 SenMayo 基因集和疾病相关小胶质细胞(Disease - Associated Microglia,DAM)相关基因集的表达情况,发现两者有一定相关性,但又有各自的特点。这表明髓样细胞的衰老和激活可能是 EAE 中髓样细胞群体的两个不同特征,并且与疾病进展有关。
- 衰老细胞裂解剂减少衰老样髓样细胞,但不足以改善 EAE 结局:给 EAE 小鼠使用 DQ 进行治疗,虽然能减少脊髓中 p21hi巨噬细胞的数量,降低脾脏中 p21hiLy6C 单核细胞的比例,还能减少小胶质细胞中 p21 的表达,但却没有改善小鼠的疾病严重程度、体重,也没有对轴突完整性和脱髓鞘情况产生明显影响。这说明 DQ 虽然能作用于衰老样髓样细胞,但对 EAE 的治疗效果并不理想。
研究结论和讨论部分表明,该研究首次在 EAE 模型中发现了衰老样髓样细胞的存在,并且证实了 DQ 可以减少这些细胞。然而,减少这些细胞并没有改善 EAE 的病情,这可能是因为衰老细胞标记物在这些细胞中的表达意义还不明确,也可能是由于 EAE 模型的炎症环境限制了治疗效果,或者是因为 MS 和 EAE 模型之间存在差异。未来需要进一步研究衰老细胞在 MS 中的具体作用,开发更接近 MS 病理特征的动物模型,探索将衰老细胞裂解剂与其他治疗方法结合,从而为 MS 的治疗找到新的方向。