内皮细胞中TRPV4功能获得性突变导致血脑脊髓屏障破坏和小鼠运动神经元退化
本研究围绕神经退行性疾病的一个关键问题：血脑脊髓屏障（BSCB）的破坏是否足以引发神经退行性疾病。血脑脊髓屏障的破坏是多种神经系统疾病的一个显著特征，包括阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症（ALS）、多发性硬化症、创伤性脑和脊髓损伤、卒中和神经性疼痛等。然而，目前尚不清楚BSCB的受损是否能单独引发这些病理变化。此外，限制BSCB过度通透性的治疗策略仍然十分有限。
论文来源
本文是由Jeremy M. Sullivan等人撰写，并发表于2024年5月22日的《Science Translational Medicine》期刊上，题为“在内皮细胞中具有增益功能的TRPV4突变导致血脑脊髓屏障的破坏和小鼠中的运动神经元退化”。 本文是由多名研究者共同撰写，他们分别来自约翰霍普金斯大学医学院、罗德岛大学、Jackson Laboratory等多家学术机构。本文发表于《Science Translational Medicine》期刊，发表时间为2024年5月22日。
研究过程
本文的研究通过生成并表征携带TRPV4突变的小鼠模型，探索这些突变对神经系统疾病的影响。研究过程主要包括以下几个步骤：
1. 小鼠模型的生成
研究团队选择了两种与TRPV4相关的疾病突变R269C和R232C，通过基因敲入方式引入小鼠的TRPV4基因中。R269C和R232C突变都已知能引起远端脊髓肌萎缩症（DSMA）和Charcot-Marie-Tooth病（CMT2）。使用了Cre/loxP系统和CRISPR-Cas9基因编辑技术分别生成了trpv4r269c/r269c和trpv4r232c/+小鼠。
2. 表型分析
突变小鼠表现出显著的神经行为缺陷，这些缺陷早在出生的第三周开始表现，并在断奶时即表现出致死性。突变的小鼠表现出的行为缺陷包括前肢的瘫痪、后弓和难以维持头部姿势等。
3. 组织病理学检测
研究发现TRPV4突变小鼠在颈椎水平的脊髓前角中出现了运动神经元的局部死亡及其近端轴突病变。此外，突变小鼠的上颈部脊髓中还观察到了神经肌肉接头的去神经现象，但在前肢肌肉中未见类似现象。电生理学检测显示，在上颈部脊髓水平上突变小鼠的单突触感觉-运动反射显著减弱。
4. 基因敲除实验
为了进一步确认TRPV4突变在特定细胞类型中的作用，研究团队使用了13种Cre小鼠品系，通过特异性敲除TRPV4突变基因。结果表明，仅在内皮细胞中特异性敲除突变基因才能显著改善小鼠的生存率，并恢复其运动行为，避免运动神经元损失及轴突病变。
5. 内皮细胞功能分析
通过体内外实验，包括钙离子成像、电阻检测和膜片钳电生理实验，研究团队发现突变型TRPV4通道在神经血管内皮细胞（NVECs）中表现出了明显的功能增益，导致细胞内钙离子水平显著升高，进而影响BSCB的完整性。
6. BSCB功能损伤检测
研究团队进一步通过tracer分析和免疫染色方法，发现TRPV4突变小鼠在颈椎水平的脊髓前角区域BSCB通透性显著增加。高度局部化的屏障破坏与突变型TRPV4通道在NVECs中的过活化直接相关。
7. 药物干预实验
使用TRPV4特异性拮抗剂GSK219对突变小鼠进行系统治疗，发现该药物可显著改善突变小鼠的生存率和运动行为，恢复BSCB的功能完整性，并防止运动神经元损失及轴突病变。
研究结论
本文提出了一个全新的疾病机制，即TRPV4的突变通过内皮细胞非细胞自主性地引发血脑脊髓屏障的局部崩溃，进而导致运动神经元的退化。这些发现强调了NVECs在神经退行性疾病中的关键角色，并认定TRPV4是血脑脊髓屏障通透性的一个重要调节因子。
其中最重要的结论是，通过药物抑制TRPV4的活性可以逆转疾病表型，提供了一种潜在的治疗策略，这对携带TRPV4突变的患者以及其他涉及BSCB完整性受损的神经系统疾病患者具有重要的治疗潜力。
研究亮点
- 疾病机制的新发现： 首次提出了TRPV4突变导致NVECs功能增益，进而引发BSCB崩溃并导致运动神经元退化的机制。
- 治疗策略确立： 实验证明，特异性TRPV4拮抗剂能够显著改善疾病表型，暗示了TRPV4拮抗剂有作为治疗手段的可行性。
- 区域特异性BSCB崩溃： 突变型TRPV4导致的BSCB崩溃主要集中在脊髓前角，这一发现对理解局部神经退行性病理具有重要意义。
研究价值
这项研究不仅为理解神经退行性疾病的整体病理提供了新的视角，也为临床上的治疗提供了新的方向。TRPV4拮抗剂的潜在应用前景，尤其是在神经系统疾病治疗中的应用，值得进一步深入研究和临床测试。这一发现势必对现有的神经退行性疾病治疗策略产生重要影响。