学术研究报告

作者及机构
本研究由Qiang Zhao、Jiajian Li、Jingjing Feng等来自首都医科大学（Capital Medical University）的团队主导，合作单位包括上海模式生物中心（Shanghai Model Organisms Center）和杰克逊实验室（Jackson Laboratory）。研究成果发表于Nature Metabolism期刊，在线发布时间为2025年8月20日，DOI编号10.1038/s42255-025-01379-7。

学术背景
本研究聚焦于缺血性卒中（ischemic stroke）后的慢性神经炎症（chronic neuroinflammation）机制，特别是小胶质细胞（microglia）的持续激活与胆固醇代谢重编程（cholesterol metabolic reprogramming）之间的关联。尽管已知卒中后小胶质细胞在急性期具有双重作用（促炎与修复），但其慢性期激活的驱动因素及对神经修复（neurorestoration）的阻碍机制尚不明确。脑是胆固醇最富集的器官，70%的胆固醇存在于髓鞘（myelin sheath）中。卒中后，小胶质细胞吞噬大量髓鞘碎片，导致胆固醇积累，但其代谢变化如何影响慢性炎症仍待阐明。本研究旨在揭示胆固醇代谢异常如何通过小胶质细胞介导长期炎症，并提出靶向胆固醇代谢的治疗策略。

研究流程
1. 慢性神经炎症与小胶质细胞激活的表征
- 研究对象：雄性C57BL/6J小鼠，通过大脑中动脉闭塞（MCAO）模型模拟缺血性卒中，对照组为假手术（sham）小鼠。
- 实验方法：
- 免疫组化：使用离子钙结合适配分子1（Iba1）标记小胶质细胞，观察其在卒中后3天至180天的形态变化（如“泡沫样”foamy和“阿米巴样”amoeboid表型）。
- 单细胞RNA测序（scRNA-seq）：分离CD11b⁺小胶质细胞，鉴定出卒中相关泡沫样小胶质细胞簇（SAM-foamy clusters），其特征为胆固醇代谢基因（如APOE、TREM2）和促炎因子（如TNF、IL1B）上调。
- 脂质组学：通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析小胶质细胞中胆固醇酯（cholesteryl ester）和游离胆固醇（free cholesterol）的含量变化。

1. 胆固醇沉积的病理作用验证

   • 脑内胆固醇注射实验：向健康小鼠脑实质注射游离胆固醇或胆固醇晶体（cholesterol crystals），观察小胶质细胞的长期激活（持续180天）及髓鞘损伤（通过髓鞘碱性蛋白MBP染色评估）。
     
   • 微胶质细胞耗竭实验：使用PLX5622药物持续耗竭小胶质细胞，发现其可减少脂滴积累并改善运动功能（通过转棒试验rotarod和步态错误测试foot-fault评估）。
     

2. 靶向胆固醇代谢的治疗干预

   • 基因干预：构建小胶质细胞特异性CYP46A1过表达小鼠（CX3CR1-CreER; R26-LSL-CYP46A1），CYP46A1为胆固醇24-羟化酶，可将胆固醇转化为24S-羟基胆固醇（24S-hydroxycholesterol）以促进外排。结果显示其能减少脂滴积累、改善髓鞘完整性（通过电子显微镜测量g-ratio）并促进功能恢复。
     
   • 药物干预：使用抗HIV药物依非韦伦（efavirenz, EFV）激活CYP46A1，在卒中后7天开始给药，显著减轻慢性炎症并增强认知功能（通过Y迷宫和新物体识别实验评估）。
     

主要结果
1. 小胶质细胞的长期激活与胆固醇积累：
- 卒中后90天，小胶质细胞中游离胆固醇和胆固醇晶体显著增加，伴随脂滴积累（BODIPY染色）和胆固醇酯代谢基因（SOAT1、NCEH1）表达上调。
- scRNA-seq发现SAM-foamy簇高表达APOE和促炎因子，伪时间分析（pseudotime analysis）显示胆固醇代谢重编程早于炎症反应。

1. 胆固醇直接诱导神经炎症：

   • 脑内注射胆固醇晶体可复现卒中后的慢性小胶质细胞激活和MBP损伤，且伴随炎症通路（如TLR8和CH25H/25-羟基胆固醇轴）激活。
     

2. CYP46A1的治疗潜力：

   • 基因或药物（EFV）激活CYP46A1后，小鼠的运动协调性（转棒潜伏期延长）和认知功能（新物体识别指数提高）显著改善，同时脑损伤体积（MRI T2加权成像）减少40%。
     

结论与意义
本研究首次揭示胆固醇代谢重编程是小胶质细胞介导慢性神经炎症的核心机制，并提出通过CYP46A1促进胆固醇外排以改善卒中后修复。其科学价值在于阐明了脂质代谢与神经免疫的交叉作用，而应用价值在于将EFV（一种已获批药物）重新定位为卒中治疗候选药物。

研究亮点
1. 创新发现：鉴定出SAM-foamy小胶质细胞簇，明确胆固醇晶体沉积是慢性炎症的驱动因素。
2. 方法学创新：结合scRNA-seq、偏振光显微镜（PLM）可视化胆固醇晶体及跨物种验证（人脑样本分析）。
3. 转化意义：利用EFV的跨血脑屏障特性，为卒中慢性期治疗提供即时可用的方案。

其他价值
研究还提示，胆固醇代谢干预可能对其他神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）有借鉴意义，因CYP46A1在这些疾病中同样发挥关键作用。