这项研究由Nathalia Bernardes Teixeira、Gisele Picolo、Aline Carolina Giardini、Fawzi Boumezbeur、Géraldine Pottier、Bertrand Kuhnast、Denis Servent和Evelyne Benoit等人合作完成,主要作者隶属于Université Paris-Saclay、法国原子能与替代能源委员会(CEA)和巴西Butantan研究所等机构。该论文于2020年发表于《Journal of Neuroinflammation》,文章题目为《Alterations of peripheral nerve excitability in an experimental autoimmune encephalomyelitis mouse model for multiple sclerosis》。本研究属于原创性实验研究,旨在探究多发性硬化(multiple sclerosis,MS)经典动物模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)中周围神经系统(peripheral nervous system,PNS)的兴奋性改变。
从学术背景来看,多发性硬化是一种主要累及中枢神经系统(central nervous system,CNS)的慢性炎症性脱髓鞘疾病,由自身免疫反应攻击髓鞘抗原引起。既往研究多关注CNS的病理变化,而PNS的受累虽然在部分患者中被描述,但缺乏系统性研究。已知髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(myelin oligodendrocyte glycoprotein,MOG)在CNS广泛表达,但也在PNS、胸腺和脾脏中有所表达,理论上可能成为外周自身抗体攻击的靶点。EAE小鼠模型是目前最常用且临床相关性较高的多发性硬化动物模型,通过MOG35-55肽段免疫可模拟CNS炎症、神经元脱髓鞘和运动功能障碍。本研究旨在通过微创电生理方法评估EAE小鼠的周围感觉神经和运动神经兴奋性变化,并观察坐骨神经髓鞘厚度的改变,从而判断是否存在PNS脱髓鞘过程。
研究的具体流程主要包括动物模型建立、在体电生理记录、临床评分与体重体温监测、以及透射电子显微镜下髓鞘厚度分析。实验对象为8周龄雌性C57BL/6小鼠,分为EAE组(MOG免疫组)和对照组(CFA组)。EAE模型通过皮下注射与完全弗氏佐剂(complete Freund’s adjuvant,CFA)乳化的MOG35-55肽段诱导,并在免疫当天和第2天腹腔注射百日咳毒素;对照组仅注射不含MOG的CFA和百日咳毒素。免疫后每天进行临床评分,评分标准包括尾部无力和后肢拖拽及麻痹程度。电生理记录安排在免疫后第2周和第4周,使用QTrac软件和自制的微创电极配置,通过刺激尾神经或坐骨神经并记录复合神经动作电位(compound nerve action potential,CNAP)或复合肌肉动作电位(compound muscle action potential,CMAP)来评价神经兴奋性。刺激-反应曲线由程序自动生成,可获得最大动作电位幅度(CAPmax)、产生50%最大动作电位幅度所需的刺激强度(SI-50%)、刺激-反应曲线斜率(slope)和刺激起始至第一个波峰的时间(latency)四个参数。此外,在部分实验中记录到尾部和足底肌肉的CMAP,以评估运动神经功能。髓鞘厚度分析在免疫后第2周和第4周进行,取坐骨神经经固定、包埋、超薄切片后在透射电子显微镜下观察,并用ImageJ软件计算g-ratio(轴突直径除以纤维直径),g-ratio增大代表髓鞘变薄。特别之处在于电生理方法为微创技术,通过皮肤表面电极刺激和针刺电极记录,避免了对神经的破坏性操作。
研究结果首先显示,EAE小鼠的临床评分在免疫后约18天内从0上升至2.5以上,而对照组始终为0,但EAE小鼠之间存在较大的个体差异。体重方面,EAE小鼠在免疫后第2周较对照组显著下降,第4周差异缩小;体温则无显著差异。感觉神经兴奋性方面,与对照组相比,EAE小鼠的CNAP最大幅度显著降低,刺激-反应曲线斜率显著减小,潜伏期显著延长,SI-50%显著降低。这些变化在免疫后第2周和第4周均存在,提示EAE小鼠的感觉神经传导速度降低、神经纤维数量或功能下降,同时存在感觉神经高兴奋性。此外,EAE小鼠的CNAP记录可出现多个波峰,提示在同一刺激下存在传导速度不同的感觉神经纤维群体,符合脱髓鞘过程中部分纤维传导减慢的特征;而对照组仅记录到单一的CNAP。运动神经兴奋性方面,EAE小鼠的CMAP最大幅度和曲线斜率显著降低,SI-50%显著降低,但CMAP潜伏期无显著差异。值得注意的是,EAE小鼠在单次刺激后常出现第二个CMAP,该现象在免疫后第2周可见于50%的EAE小鼠,第4周则100%出现,而对照组从未出现。第二个CMAP与第一个CMAP之间的时间间隔稳定在3.5至4毫秒之间,且第二个CMAP幅度与EAE小鼠临床评分之间存在较好的相关性。这一发现提示第二个CMAP可能来源于传导较慢的运动神经纤维,支持PNS存在脱髓鞘过程。髓鞘厚度分析显示,在免疫后第2周(疾病高峰期)EAE与对照组之间g-ratio无显著差异,但在免疫后第4周,EAE组坐骨神经髓鞘显著变薄,g-ratio明显增大,提示PNS发生了脱髓鞘改变。
综合来看,本研究通过电生理和形态学手段证实了EAE小鼠PNS存在功能性和结构性异常。电生理异常包括神经和肌肉复合动作电位幅度下降、刺激阈值降低、潜伏期延长以及出现多峰动作电位;形态学证据则表现为坐骨神经髓鞘变薄。这些结果表明EAE小鼠周围感觉和运动神经存在高兴奋性和传导速度下降,其机制可能涉及神经纤维膜去极化以及PNS中脱髓鞘过程的形成。研究结论认为,MOG在EAE小鼠或多发性硬化患者中引起的免疫耐受丧失不能仅归因于该抗原在中枢神经系统免疫豁免环境中的限制性表达,也应考虑其在周围神经系统中的表达和作用。这一发现扩展了多发性硬化病理机制的传统认识,为解释部分多发性硬化患者出现的周围神经病变提供了实验依据。
本研究的亮点在于:一是采用了微创电生理技术,在完整动物上系统评价了感觉和运动神经兴奋性参数,避免了传统离体或创伤性方法的局限性;二是首次在MOG35-55诱导的EAE模型中同时观察到周围感觉和运动神经的电生理异常以及坐骨神经髓鞘超微结构损伤;三是发现单次刺激后出现第二个CMAP及多峰CNAP,提示脱髓鞘过程中神经纤维传导速度异质性增加,这一现象可作为PNS脱髓鞘的功能性标志。总体而言,该研究为多发性硬化外周神经受累提供了直接证据,并为未来针对PNS脱髓鞘的诊断和治疗策略提供了新的研究视角。