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中性粒细胞动员触发小胶质细胞功能改变加剧脑缺血再灌注损伤

期刊:Advanced ScienceDOI:10.1002/advs.202503722

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:


一、作者与发表信息
本研究由Huijuan Jin、Zhifang Li、Senwei Tan等共同完成,通讯作者为Bo Hu。作者单位包括华中科技大学同济医学院附属协和医院神经内科、天津医科大学总医院天津神经病学研究所神经内科,以及加拿大卡尔加里大学Cumming医学院社区健康科学系等。研究发表于《Advanced Science》期刊,在线发表时间为2025年(DOI: 10.1002/advs.202503722)。


二、学术背景
研究领域为缺血性卒中(ischemic stroke)后的神经炎症机制。急性缺血性卒中(acute ischemic stroke, AIS)是全球致残和致死的主要原因,而缺血再灌注(ischemia-reperfusion)后的神经炎症是疾病进展的关键因素。中性粒细胞(neutrophils)和小胶质细胞(microglia)在脑缺血后的相互作用尚不明确。本研究旨在揭示中性粒细胞通过分泌骨髓相关蛋白14(myeloid-related protein 14, MRP14/S100A9)调控小胶质细胞功能(如吞噬作用和焦亡,pyroptosis)的机制,并探索其作为治疗靶点的潜力。


三、研究流程与方法
1. 临床样本分析
- 研究对象:414例AIS患者(来自TRAIS多中心队列),根据脑水肿严重程度分组(轻/重度)。
- 方法:通过RNA测序和血浆蛋白质组学分析中性粒细胞基因表达差异;ELISA检测血浆MRP14水平。

  1. 动物模型构建

    • 研究对象:C57BL/6J野生型(wild type, WT)和MRP14基因敲除(knockout, KO)小鼠。
    • 方法:建立短暂性大脑中动脉闭塞(transient middle cerebral artery occlusion, tMCAO)模型;通过抗Ly6G抗体耗竭中性粒细胞;静脉注射MRP14抑制剂Paquinimod或重组MRP14蛋白。
  2. 细胞实验

    • 研究对象:原代小胶质细胞、星形胶质细胞和骨髓来源的中性粒细胞。
    • 方法:氧糖剥夺/再灌注(oxygen-glucose deprivation/reoxygenation, OGD/R)模拟缺血再灌注损伤;共培养体系评估细胞间相互作用;TLR4/NF-κB通路抑制剂(如Resatorvid)干预。
  3. 单细胞RNA测序(scRNA-seq)

    • 方法:从tMCAO小鼠缺血脑组织中分离小胶质细胞,通过Harmony算法整合数据,UMAP可视化聚类,分析差异表达基因(DEGs)和功能通路。
  4. 血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)完整性评估

    • 方法:伊文思蓝(Evans blue)渗出实验、紧密连接蛋白(ZO-1、Occludin等)免疫荧光染色、跨内皮电阻(TEER)测定。
  5. 分子机制验证

    • 方法:Western blot检测焦亡相关蛋白(NLRP3、caspase-1、IL-1β等);双荧光素酶报告实验验证转录因子C/EBPβ对MRP14的调控。

创新方法
- 开发了微胶质细胞特异性TLR4条件敲除小鼠(TLR4flox/flox; CX3CR1-CreERT)。
- 结合单细胞测序和伪时间轨迹分析,揭示小胶质细胞从吞噬表型向焦亡表型的动态转化。


四、主要结果
1. 临床关联性
- 患者血浆MRP14水平与脑水肿严重程度正相关(p<0.01),且中性粒细胞“脱颗粒(degranulation)”通路显著富集。

  1. 中性粒细胞-MRP14的作用

    • tMCAO后,缺血脑组织中MRP14表达峰值出现在24小时,且主要与浸润的中性粒细胞共定位(免疫荧光验证)。
    • MRP14 KO或Paquinimod治疗显著减轻BBB破坏(Evans blue渗出减少50%)和脑梗死体积(p<0.01)。
  2. 小胶质细胞功能调控

    • scRNA-seq发现MRP14 KO小鼠中吞噬相关小胶质细胞(Cluster 1)比例增加,而焦亡相关亚群(Cluster 0)减少。
    • 体外实验证实MRP14通过TLR4/NF-κB通路抑制小胶质细胞吞噬功能(CD68表达下降60%)并促进焦亡(IL-1β释放增加2倍)。
  3. 正反馈循环

    • 焦亡小胶质细胞释放的IL-1β通过IL-1R1/MAPK/C/EBPβ通路上调中性粒细胞MRP14表达,形成炎症放大环路。

五、结论与意义
1. 科学价值:首次揭示中性粒细胞来源的MRP14通过“别吃我”(don’t eat me)和“杀死你”(kill you)双信号机制,驱动小胶质细胞功能失调和神经炎症恶性循环。
2. 应用价值:靶向MRP14(如Paquinimod)可特异性阻断炎症环路,避免广谱抗炎治疗的副作用,为缺血性卒中提供新治疗策略。


六、研究亮点
1. 机制创新:提出MRP14-TLR4轴是中性粒细胞-小胶质细胞交叉对话的核心枢纽。
2. 技术整合:结合临床队列、多组学分析和条件性基因敲除模型,全面验证假说。
3. 转化潜力:MRP14抑制剂已进入临床试验(如心肌梗死),本研究为其在卒中领域的应用提供理论依据。


七、其他价值
研究强调了针对特定炎症靶点(而非全局抑制)的重要性,为其他神经退行性疾病的免疫调控研究提供范式。

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