揭秘小胶质细胞 NLRP3 炎性小体：调控重复行为的分子密码

这篇研究聚焦小胶质细胞中 NLRP3 炎性小体。通过构建 Nlrp3D301N-cKI 小鼠模型，发现其激活会引发神经炎症，改变谷氨酸能突触和 NMDAR 功能，导致焦虑和重复行为。抑制 NMDAR 或阻断 IL-1β 可改善症状，为相关神经疾病治疗提供新方向。

　　

引言

炎症小体介导的神经炎症反应在神经系统疾病的病理进展中意义重大。慢性炎症与创伤后应激障碍、焦虑症和重度情绪障碍等神经精神症状相关，但炎症与这些症状之间的分子机制尚不明确。NLRP3（NOD 样受体 [NLR] 家族，含 pyrin 结构域蛋白 3）炎性小体与多种神经退行性疾病及情绪障碍有关。它在危险相关分子模式（DAMPs）刺激下，招募 ASC 形成炎性小体，促使成熟 IL-1β 生成增加，进而调节神经元兴奋性和行为反应。本研究利用条件敲入（cKI）小鼠模型，探究 NLRP3 炎性小体诱导细胞和突触改变的机制。

结果

1. 小胶质细胞特异性 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠表现出长期的小胶质细胞激活：为避免 NLRP3 突变对周围免疫系统的有害影响，研究人员构建了在 CX3CR1⁺小胶质细胞中条件性表达 NLRP3 D301N 点突变的小鼠模型。在脂多糖（LPS）注射后，该模型小鼠内侧前额叶皮质（mPFC）和海马 CA1 区的小胶质细胞显著激活，形态发生改变，从分枝状变为丛生状，且小胶质细胞端点数量和突起总长度减少。同时，mPFC 区域出现星形胶质细胞激活，表明 NLRP3 炎性小体介导的过度神经炎症间接伴随星形胶质细胞增生。
2. 过度的 NLRP3 依赖性炎症减少成年小鼠 mPFC 中的谷氨酸能突触密度：对 LPS 注射 6 天后的小鼠进行分析，发现 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠 mPFC 区域兴奋性突触后标记 PSD - 95 的点状密度显著降低，而兴奋性突触前标记 VGLUT1 以及抑制性突触相关标记的密度和大小未改变。在海马 CA1 区，兴奋性和抑制性突触后密度和平均大小在特定层也显著下降，说明 NLRP3 炎性小体介导的过度神经炎症特异性诱导了兴奋性突触数量和大小的改变。
3. 在过度的 NLRP3 依赖性炎症背景下，mPFC 中 NMDAR 介导的兴奋性突触强度发生改变：通过全细胞电生理记录发现，LPS 处理的 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠 mPFC 锥体神经元的微小兴奋性突触后电流（mEPSCs）幅度显著降低，而微小抑制性突触后电流（mIPSCs）幅度和频率不变。同时，Nlrp3^D301N-cKI 小鼠的 NMDAR/AMPAR（α - 氨基 - 3 - 羟基 - 5 - 甲基 - 4 - 异恶唑丙酸受体）比率显著增加，NMDAR 介导的兴奋性突触后电流（eEPSCs）幅度也明显增加，表明过度的 NLRP3 介导的神经炎症影响了 NMDAR 介导的突触后反应。
4. 小胶质细胞对突触的吞噬清除不是兴奋性突触数量减少的原因：尽管小胶质细胞的吞噬活动对突触修剪至关重要，但通过免疫荧光分析和病毒报告基因检测发现，Nlrp3^D301N-cKI 小鼠小胶质细胞对 PSD - 95⁺突触的吞噬数量与对照小鼠相当或更少，说明 LPS 处理的 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠中兴奋性突触后部分的特异性丢失不太可能是由小胶质细胞介导的突触吞噬引起的。
5. 过度的 NLRP3 介导的神经炎症诱导焦虑样和重复行为：行为学实验表明，Nlrp3^D301N-cKI 小鼠在大理石埋藏测试（MBT）中表现出重复行为增加，在明暗转换测试（LDT）和新奇抑制进食测试（NSF）中表现出焦虑增加，说明 NLRP3 介导的过度神经炎症导致了重复和焦虑行为。
6. 抑制 NMDAR 过度激活可逆转 NLRP3 介导的神经炎症诱导的重复行为增加：用 NMDAR 拮抗剂美金刚（memantine）对 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠进行急性处理，可使重复行为恢复正常，但对焦虑样行为无明显改善。美金刚处理还能使升高的 NMDAR 介导的 eEPSCs 恢复正常，但不能挽救 mPFC 中 PSD - 95⁺点状密度的降低，也不影响小胶质细胞的激活，表明抑制 NMDAR 过度激活可改善重复行为，但对焦虑样行为无效。
7. IL-1β 驱动培养的皮质神经元中异常的 NMDAR 功能，并与表面含 GluN2A 亚基的 NMDAR 水平改变有关：在 Transwell 系统中进行小胶质细胞 - 神经元共培养实验，发现与 LPS 处理的 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠小胶质细胞共培养的神经元，兴奋性突触后标记 SHANK 的点状数量显著减少，表面 GluN2A⁺ NMDARs 水平显著增加，而 GluN2B⁺ NMDARs 水平无明显变化。进一步研究发现，IL - 1β 处理可模拟上述现象，且 IL - 1β 通过与 IL - 1Rs 结合，优先与含 GluN2A 的 NMDARs 形成复合物，促进 GluN2A 表面表达，从而影响 NMDAR 功能。
8. IL-1R 阻断通过使 NMDAR 功能正常化来逆转过度的 NLRP3 介导的神经炎症诱导的异常重复行为：用 IL - 1R 拮抗剂（IL - 1RA）处理 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠，可逆转其异常重复行为，但对焦虑样行为无明显改善。同时，IL - 1RA 处理可使 mPFC 区域增强的 NMDAR - eEPSCs 恢复正常，表明 IL - 1β 是过度的 NLRP3 介导的神经炎症中异常 NMDAR 激活的关键介质，导致小鼠出现异常重复行为。

讨论

传统上，脑部疾病研究多以神经元为中心，近年来对神经炎症在脑部疾病中的作用关注度上升。本研究利用小胶质细胞特异性 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠，深入探讨了神经炎症对突触特性和认知功能的影响。研究发现，NLRP3 介导的神经炎症最终损害兴奋性突触功能，减少兴奋性突触后点状密度，增加 NMDAR 反应。这种现象可能是由补偿性稳态机制导致，且可能与 IL - 1β 释放有关。IL - 1β 处理可重现神经元中兴奋性突触后密度降低、NMDAR 功能增强和 GluN2A 水平升高的现象。

此外，Nlrp3^D301N-cKI 小鼠表现出重复和焦虑样行为，成功的美金刚药物干预表明，异常升高的 NMDAR 功能可能是小鼠重复行为的基础，也可能与自闭症谱系障碍（ASDs）和强迫症（OCDs）的病理机制有关。未来，针对 NLRP3 炎性小体和相关信号通路，同时使 NMDAR 功能正常化的联合治疗方法，可能对治疗与神经炎症相关的神经系统疾病分层症状有效。而且，开发针对特定亚基的变构设计药物，有望治疗与 NLRP3 介导的慢性神经炎症相关的行为改变。

研究局限性

本研究存在一些局限性。一是无法排除 LPS 刺激后外周免疫细胞浸润到脑实质的潜在影响；二是 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠的结构和功能突触参数存在明显不一致，可能是神经炎症的复杂影响所致；三是未能确定成年雄性 Nlrp3^D301N-cKI 小鼠焦虑样行为的具体因果机制，需要进一步研究确定相关因素和信号通路。