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2023年7月13日德國波恩大學凱庫勒研究所Gerhild van Echten-Deckert研究團隊在Cells雜志上發(fā)表文章“S1P Lyase Deficiency in the Brain Promotes Astrogliosis and NLRP3 Inflammasome Activation via Purinergic Signaling”，揭示了大腦中S1P裂解酶的缺乏通過嘌呤能信號通路促進星形膠質(zhì)細胞增生和NLRP3炎癥小體的激活。
星形膠質(zhì)細胞在大腦健康和疾病中扮演著關鍵的角色，腦病理和病變通常伴有星形膠質(zhì)細胞的改變，稱為反應性星形膠質(zhì)細胞增生。鞘氨醇1-磷酸裂解酶(SGPL1)催化是鞘脂分解代謝的最后一步，它不可逆地裂解其底物鞘氨醇1-磷酸。SGPL1的缺陷會導致S1P的積累，從而導致神經(jīng)元損傷、認知缺陷以及小膠質(zhì)細胞的激活。此外，S1P/s1p受體信號軸增強了SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中ATP的產(chǎn)生。通過小鼠上基因敲除，免疫組化方法以及RNA測序等方法，作者展示了S1P信號如何導致星形膠質(zhì)細胞嘌呤受體P2Y1的激活。通過特定的藥理學激動劑和拮抗劑，作者發(fā)現(xiàn)P2Y1R在S1P誘導的星形膠質(zhì)細胞增生中起關鍵作用，Ddx3x介導NLRP3炎癥小體的激活，包括caspase-1和產(chǎn)生白細胞介素-1β和其他促炎細胞因子。作者的研究結(jié)果提供了一條連接S1P代謝和信號傳導與星形膠質(zhì)細胞增生和激活的新途徑。
圖一 SGPL1缺陷通過P2Y1R導致小鼠腦中星形膠質(zhì)細胞增生 為了探究SGPL1缺陷的小鼠大腦中星形膠質(zhì)細胞如何受到影響，作者首先監(jiān)測了不同年齡的對照組和SGPL1fl/fl/Nes小鼠皮質(zhì)中GFAP的表達。其中SGPL1耗盡的細胞中GFAP的含量比對照組高出了50%以上。此外，12月齡小鼠的皮質(zhì)切片和培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細胞的免疫染色驗證了大量涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷誘導的星形膠質(zhì)細胞增生。作者發(fā)現(xiàn)在SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中，ATP的產(chǎn)生增多，SGPL1fl/fl/Nes小鼠的星形膠質(zhì)細胞中，ADP的數(shù)量顯著增加了約50%，而ATP的數(shù)量則相應減少。同時發(fā)現(xiàn)S1P信號通過受體S1PR2和S1PR4介導增加SGPL1星形細胞外膠質(zhì)細胞。ADP主要是代謝性嘌呤能P2Y1R的配體，由反應性星形膠質(zhì)細胞高表達，在SGPL1缺陷小鼠的皮質(zhì)和皮質(zhì)星形膠質(zhì)細胞中，P2Y1R的表達增加了約50%。為了進一步證實星形膠質(zhì)細胞增生與SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中P2Y1R介導的嘌呤能機制之間的功能聯(lián)系，作者測定了暴露于對照星形膠質(zhì)細胞24小時后GFAP的表達，MRS2905是一種特異性的P2Y1R激動劑，在處理后的對照組星形膠質(zhì)細胞和SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中，均檢測到相當大的、幾乎相同的GFAP表達的增加。此外，作者用選擇性P2Y1R拮抗劑MRS2179處理對照組和SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞，并通過免疫印跡和免疫染色檢測GFAP的表達。在處理過的SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中，GFAP的過表達幾乎完全被消除。綜上，在SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中，GFAP表達的上調(diào)是通過P2Y1R信號通路介導的。
圖二 SGPL1缺失的星形膠質(zhì)細胞表現(xiàn)出P2Y1R介導的基礎降低和鈣結(jié)合素表達升高 星形膠質(zhì)細胞增生是一個多方面和復雜的過程，包括星形膠質(zhì)細胞的一系列分子和形態(tài)學改變，而不僅僅是GFAP表達的上調(diào)。來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的星形膠質(zhì)細胞鈣信號通路是啟動星形膠質(zhì)細胞反應的關鍵因素。作者首先檢測了對照組和SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞的基礎鈣水平。SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞的基礎鈣水平顯著降低，在SGPL1缺陷和對照星形膠質(zhì)細胞中，巨噬細胞蛋白誘導的增加，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣的儲存沒有發(fā)生改變。在SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞以及12月齡的SGPL1fl/fl/Nes小鼠的皮質(zhì)中，鈣結(jié)合素顯著增加。鈣結(jié)合蛋白是鈣結(jié)合蛋白超家族中的一員，被發(fā)現(xiàn)在反應性星形膠質(zhì)細胞中高表達。通過將缺乏SGPL1的星形膠質(zhì)細胞與MRS2905孵育24小時，使用MRS217使鈣結(jié)合素的表達恢復到控制水平。這些結(jié)果表明，在SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中，鈣結(jié)合素表達的增加控制了胞質(zhì)鈣水平。
圖三 在SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中，轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳改變導致NLRP3炎癥小體的激活 星形膠質(zhì)細胞的激活常伴隨著炎癥通路的增強，基于SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中組蛋白乙酰化水平的升高，以及表觀遺傳調(diào)控與炎癥之間的密切聯(lián)系，作者首先研究了SGPL1fl/fl/Nes小鼠腦組織中的基因轉(zhuǎn)錄水平。組蛋白乙酰化是染色質(zhì)環(huán)境的表觀遺傳標志，通常允許和促進活性轉(zhuǎn)錄。之前觀察到的星形膠質(zhì)細胞H3K9乙酰化的增加，是啟動子中經(jīng)典的“激活”組蛋白修飾，表明星形膠質(zhì)細胞基因組中H3K9ac在啟動子區(qū)域的占用發(fā)生了變化，這可能影響各自基因的轉(zhuǎn)錄。為了檢測受SGPL1缺失影響的基因的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)及其表觀遺傳狀態(tài)，作者進行了RNA測序以及海馬和皮質(zhì)星形膠質(zhì)細胞中H3K9ac的CUT&Tag測序（蛋白質(zhì)和DNA互作研究方法）。在34個差異表達基因中，Ddx3x的轉(zhuǎn)錄在對照和SGPL1缺陷樣本之間存在顯著差異。
圖四 神經(jīng)SGPL1消融通過P2Y1R激活星形膠質(zhì)細胞的炎癥反應 雖然CUT&Tag測序顯示H3K9ac水平下降，RNA-Seq表明SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中Ddx3x 的mRNA含量較低，但免疫印跡實驗顯示Ddx3x蛋白水平顯著升高，這些結(jié)果提示Ddx3x蛋白水平與轉(zhuǎn)錄調(diào)控之間可能存在一個反饋回路，其中高Ddx3x可能導致相應基因的轉(zhuǎn)錄下調(diào)。SGPL1的缺失對基因調(diào)控和轉(zhuǎn)錄以及蛋白水平有顯著影響。編碼Ddx3x蛋白的基因被證明可以激活NLRP3炎癥小體。與Ddx3x水平升高的結(jié)果一致，12月齡的SGPL1fl/fl/Nes小鼠的皮質(zhì)中NLRP3炎癥小體的表達顯著增加。在SGPL1缺失的星形膠質(zhì)細胞中，NLRP3炎癥小體的表達是炎癥因子IL-1β的加工和分泌。同樣，在這些星形膠質(zhì)細胞中，pro-IL-1β和IL-1β的表達也升高，給予MRS2905增加了對照星形膠質(zhì)細胞中NLRP3的表達。同樣，用MRS2179處理星形膠質(zhì)細胞，可以逆轉(zhuǎn)SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中NLRP3、caspase-1和IL-1β的表達。在P2Y1R拮抗劑的存在下，Ddx3x的表達也被逆轉(zhuǎn)。這些結(jié)果表明，在SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中，NLRP3炎癥小體的激活是由P2Y1R信號通路介導的。最后，作者研究了炎癥細胞因子的mRNA表達，包括IL-6、IL-11、IL-15、IL-18和TNFα，這些因子已知可促進星形膠質(zhì)細胞增生和膠質(zhì)瘢痕的形成。在缺乏SGPL1的星形膠質(zhì)細胞中，IL-6、IL-11和TNFα的轉(zhuǎn)錄增加。此外檢測到在SGPL1缺陷的星形膠質(zhì)細胞中，IL-6和TNF的分泌增加。總之，P2Y1R在SGPL1缺陷的大腦中的星形膠質(zhì)細胞增生和NLRP3激活中起著關鍵作用。 綜上所述，該研究揭示了S1P代謝和信號通路的變化如何促進星形膠質(zhì)細胞中NLPR3炎癥小體的激活所誘導的神經(jīng)炎癥的研究。在臨床應用中目前沒有任何治療性藥物靶向星形細胞S1PR2/4和/或P2Y1R的藥物，該研究將有助于啟動圍繞S1P代謝和信號轉(zhuǎn)導的新的治療策略。然而，P2Y1R拮抗劑MRS2179由于其抗聚集活性而被認為是抗血栓藥物的先導結(jié)構，而P2Y1R激動劑則成為治療2型糖尿病的有潛力的候選藥物。  https://www./2073-4409/12/14/1844  特別鳴謝 |
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