NRR:南京大学医学院附属鼓楼医院徐运团队揭示维持线粒体嵴结构减轻缺血性脑卒中神经炎症的新机制
缺血性卒中是全球人口致死致残的重要原因之一 [1]。小胶质细胞是中枢神经系统的常驻免疫细胞,在免疫监视和维持大脑稳态中起着关键作用 [2, 3]。在缺血性卒中急性期,活化的小胶质细胞释放大量促炎因子和趋化因子(IL-1β、IL-6、TNF-α等),进一步损伤神经元,破坏血脑屏障,招募外周免疫细胞浸润缺血区,加重脑损伤 [4]。近期研究发现,线粒体功能障碍会加剧小胶质细胞介导的神经炎症 [5-7]。据报道,Caspase激活和募集结构域19 (CARD19)可触发巨噬细胞的先天免疫信号。然而,小胶质细胞CARD19在缺血性卒中中的功能尚不清楚。
南京大学医学院附属鼓楼医院徐运团队在《中国神经再生研究(英文)》(Neural Regeneration Research)发表的研究发现,在缺血性脑卒中后半暗带区,小胶质细胞CARD19显著升高。在小胶质细胞中条件性敲减CARD19加重了脑卒中后神经炎症,并恶化了脑卒中结局。进一步研究发现,CARD19定位于线粒体,促进线粒体膜间桥(MIB)组分的组装,而小胶质细胞CARD19缺失导致线粒体嵴超微结构和功能损伤,加重炎症反应。本研究提示,通过靶向CARD19维持线粒体嵴结构可能是一种改善缺血性脑卒中后神经炎症和挽救缺血半暗区的治疗新策略。南京大学医学院附属鼓楼医院神经内科博士研究生胡玉洁为论文第一作者,徐运教授和刘品一博士为论文共同通讯作者。
该研究中,课题组首先通过分析前期单细胞组学和空间转录组学数据发现CARD19在小胶质细胞中表达升高 [8]。研究人员进一步证实小鼠大脑中动脉阻塞(MCAO)模型和体外LPS和OGD/R刺激模型中小胶质细胞CARD19表达升高。
图1缺血性脑卒中后小胶质细胞中CARD19表达升高
课题组通过在Tmem119CreERT2小鼠立体定位注射AAV构建了小胶质细胞CARD19条件性敲减小鼠,并制备了MCAO模型模拟缺血性卒中。与对照小鼠相比,小胶质细胞CARD19条件性敲减小鼠的神经功能缺损加重,脑梗死体积增大,死亡的神经元数量增加,神经炎症加重,小胶质细胞激活程度更显著(图2)。这表明,小胶质细胞CARD19能够减轻卒中后急性期神经炎症,改善缺血性脑损伤。
图2小胶质细胞CARD19 敲减加重缺血性脑损伤
最后,课题组通过质谱、免疫荧光染色、电镜实验发现CARD19定位于线粒体。体内和体外模型中CARD19敲减的小胶质细胞线粒体ROS生成增加,线粒体膜电位降低,线粒体肿胀、嵴紊乱、嵴连接丢失更为明显,胞质mtDNA增加。体内给予mtDNA清除剂可以逆转小胶质细胞CARD19条件性敲减后脑梗死体积的增加。通过免疫共沉淀实验发现,小胶质细胞CARD19与MIB组分结合维持线粒体嵴结构。
图3小胶质细胞CARD19敲减加重了卒中后线粒体超微结构损伤和功能障碍
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综上所述,该研究发现维持线粒体嵴结构可能是减轻缺血性卒中神经炎症的新机制。当然该研究也存在一定性局限性。首先,该研究仅针对缺血性卒中急性期(MCAO后1天和3天)的雄性小鼠。为了增强临床相关性,未来的研究应考虑纳入雌性小鼠和其他重要时间点(例如,7天或14天)。此外,该研究中使用的立体定位注射AAV并不能在大脑所有小胶质细胞中敲除CARD19。未来的研究可以利用 Cre-loxP小鼠敲除大脑中所有小胶质细胞的CARD19。最后,由于CARD19也在其他细胞如神经元中表达,还需研究CARD19在这些细胞类型中的作用。
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参考文献
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