創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)是導(dǎo)致死亡和殘疾的重要原因,其病理過(guò)程包括原發(fā)性機(jī)械損傷和繼發(fā)性神經(jīng)炎癥反應(yīng)。神經(jīng)炎癥涉及小膠質(zhì)細(xì)胞激活、細(xì)胞因子釋放及免疫細(xì)胞募集,會(huì)加劇損傷。然而,目前缺乏有效療法來(lái)減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷和促進(jìn)恢復(fù),針對(duì)神經(jīng)炎癥的特異性治療更是空白。因此,開(kāi)發(fā)調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的新療法迫在眉睫。
哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Howard L. Weiner教授團(tuán)隊(duì)受粘膜免疫系統(tǒng)啟發(fā),研究了鼻內(nèi)給藥抗CD3單克隆抗體(aCD3 mAb)治療TBI。研究發(fā)現(xiàn),該方法可誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-10的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg),這些細(xì)胞遷移到大腦與小膠質(zhì)細(xì)胞接觸,通過(guò)IL-10依賴機(jī)制減輕小膠質(zhì)細(xì)胞的慢性炎癥并調(diào)節(jié)其吞噬功能。阻斷IL-10受體會(huì)消除aCD3 mAb的益處,而將IL-10產(chǎn)生型Treg細(xì)胞移植到TBI小鼠中可恢復(fù)這些效果,表明鼻內(nèi)給藥aCD3 mAb是治療TBI的潛在新策略。該文章于2025年02月27日以《Nasal anti-CD3 monoclonal antibody ameliorates traumatic brain injury, enhances microglial phagocytosis and reduces neuroinflammation via IL-10-dependent crosstalk》為題發(fā)表于《Nature Neuroscience》(DOI:10.1038/s41593-025-01877-7)。
(1)經(jīng)鼻 aCD3 mAb 改善 TBI 后的認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)結(jié)局
研究采用CCI模型評(píng)估鼻內(nèi)給藥抗CD3單克隆抗體(aCD3)對(duì)TBI的治療效果。實(shí)驗(yàn)分為傷后4 - 6小時(shí)立即給藥、傷后3天早期給藥和傷后14天延遲給藥,持續(xù)治療1個(gè)月。結(jié)果顯示,立即給藥組在運(yùn)動(dòng)功能和協(xié)調(diào)性、空間記憶方面顯著改善,焦慮行為減少;早期給藥組運(yùn)動(dòng)功能和協(xié)調(diào)性、空間記憶改善,但焦慮行為未改善;延遲給藥組未見(jiàn)改善。在更嚴(yán)重的TBI模型中,雄性、雌性小鼠aCD3治療均改善運(yùn)動(dòng)功能和協(xié)調(diào)性,部分恢復(fù)空間記憶。雄性小鼠嚴(yán)重TBI后焦慮行為減少,而雌性小鼠無(wú)焦慮表型,無(wú)法評(píng)估aCD3對(duì)焦慮行為的益處。結(jié)果表明,鼻內(nèi)給藥aCD3可改善中度和重度TBI的行為學(xué)結(jié)果,且對(duì)雄性小鼠效果更顯著。
圖1 鼻內(nèi)給藥aCD3治療方案及行為學(xué)測(cè)試結(jié)果。(a)治療方案示意圖;(b)立即治療組行為學(xué)測(cè)試結(jié)果(轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)、水迷宮實(shí)驗(yàn)、探試實(shí)驗(yàn)、曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)評(píng)估焦慮行為),采用兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析(MWM測(cè)試)和單因素方差分析(其他測(cè)試),數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示;(c)傷后7天MRI腦損傷體積測(cè)量,采用雙側(cè)非配對(duì)t檢驗(yàn)分析,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,紅色虛線指示損傷區(qū)域;(d)傷后30天H&E染色腦切片損傷體積測(cè)量,采用雙側(cè)非配對(duì)t檢驗(yàn)分析,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,比例尺1000 μm;(e)傷后7天神經(jīng)元死亡免疫熒光染色(DAPI藍(lán)、TUNEL紅、7-AAD綠),比例尺200 μm(放大圖500 μm),TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞通過(guò)ImageJ定量,采用雙側(cè)非配對(duì)t檢驗(yàn)分析,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示;(f)傷后30天小膠質(zhì)細(xì)胞Iba-1免疫熒光染色(DAPI藍(lán)、Iba-1紅),比例尺200 μm(放大圖500 μm),Iba-1陽(yáng)性細(xì)胞通過(guò)ImageJ定量,采用單因素方差分析分析,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示;(g)傷后1天血清生物標(biāo)志物檢測(cè),采用Quanterix SiMoA和V-Plex炎癥因子檢測(cè),采用單因素方差分析分析,數(shù)據(jù)以箱線圖(最小值、最大值、四分位距、中位數(shù))表示。所有數(shù)據(jù)均為兩個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的生物學(xué)重復(fù)
(2)CD3單克隆抗體鼻內(nèi)給藥改善TBI神經(jīng)病理過(guò)程
研究通過(guò)多種方法評(píng)估了鼻內(nèi)給藥aCD3對(duì)TBI引發(fā)的神經(jīng)病理學(xué)結(jié)果的影響。傷后7天,3T MRI測(cè)量顯示鼻內(nèi)給藥aCD3組腦實(shí)質(zhì)損傷體積較TBI - iso對(duì)照組減少。傷后1個(gè)月,H&E染色測(cè)量的損傷體積也顯示aCD3治療組較TBI - iso對(duì)照組減少。鼻內(nèi)給藥aCD3在傷后3天改善了血腦屏障(BBB)完整性,降低了TBI - iso對(duì)照組同側(cè)半球的腦水腫百分比。TUNEL染色檢測(cè)到的細(xì)胞死亡在鼻內(nèi)給藥aCD3治療后減少。傷后30天,CCI增加了小膠質(zhì)細(xì)胞或巨噬細(xì)胞的激活(Iba - 1染色),而鼻內(nèi)給藥aCD3在雄鼠中減少了這種激活。與對(duì)照組相比,鼻內(nèi)給藥aCD3組的幾種TBI血清生物標(biāo)志物減少,而抗炎細(xì)胞因子IL - 10增加。這些結(jié)果表明,鼻內(nèi)給藥aCD3改善了TBI小鼠的行為學(xué)表現(xiàn),與神經(jīng)病理學(xué)和血清生物標(biāo)志物所顯示的增強(qiáng)的組織完整性相關(guān)。
(3)aCD3單克隆抗體鼻內(nèi)給藥增加TBI后Treg細(xì)胞數(shù)量,改變先天性和適應(yīng)性免疫格局
研究通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)分析發(fā)現(xiàn),鼻內(nèi)給藥aCD3在傷后1天增加頸淋巴結(jié)(cLNs)中總CD4+ T細(xì)胞和CD4+FoxP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)的比例,傷后2天增加腦膜中這些細(xì)胞的總數(shù)。鼻內(nèi)給藥aCD3在傷后3天和7天增加大腦中CD4+ T細(xì)胞的總數(shù),并在傷后30天內(nèi)增加CD4+FoxP3+ Treg細(xì)胞。與TBI - iso組相比,未觀察到表達(dá)潛伏相關(guān)肽(LAP)的CD4+ T細(xì)胞增加。結(jié)果表明,鼻內(nèi)給藥aCD3通過(guò)擴(kuò)大Treg細(xì)胞來(lái)控制TBI后的神經(jīng)炎癥。
(4)aCD3單克隆抗體鼻內(nèi)給藥誘導(dǎo)的Treg細(xì)胞有獨(dú)特的免疫調(diào)節(jié)特征
鼻內(nèi)給藥aCD3在傷后30天內(nèi)增加了CD4+FoxP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)。對(duì)CCI后7天從假手術(shù)和受傷小鼠的腦周損傷組織和血液中分離的CD4+FoxP3(GFP)+ Treg細(xì)胞進(jìn)行RNA測(cè)序分析。主成分分析(PCA)顯示,TBI后腦內(nèi)FoxP3 Treg細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組特征與血液中的顯著不同。與假手術(shù)小鼠的血液Treg細(xì)胞相比,TBI小鼠腦內(nèi)浸潤(rùn)的Treg細(xì)胞中多種免疫調(diào)節(jié)和營(yíng)養(yǎng)因子基因表達(dá)增加。鼻內(nèi)給藥aCD3處理的小鼠血液中的FoxP3 Treg細(xì)胞具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄組特征,涉及Treg細(xì)胞增殖和穩(wěn)態(tài)以及Treg細(xì)胞功能的基因上調(diào)。通路分析(IPA)顯示,與TBI - iso FoxP3 Treg細(xì)胞相比,aCD3誘導(dǎo)的FoxP3 Treg細(xì)胞中IL - 10是最主要的上游激活調(diào)節(jié)因子。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),TBI和鼻內(nèi)給藥aCD3處理的小鼠腦內(nèi)浸潤(rùn)的Treg細(xì)胞中,免疫調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)。此外,aCD3誘導(dǎo)的Treg細(xì)胞中,免疫調(diào)節(jié)、吞噬調(diào)節(jié)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)以及其他Treg細(xì)胞免疫抑制功能所需基因的表達(dá)進(jìn)一步增加?;蚣患治觯℅SEA)和通路分析(IPA)顯示,與假手術(shù)對(duì)照組和TBI - iso組相比,TBI - aCD3處理的小鼠腦內(nèi)Treg細(xì)胞中涉及遷移、免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)、吞噬、神經(jīng)發(fā)生、穩(wěn)態(tài)和分泌功能的生物通路富集。通路分析(IPA)識(shí)別出IL - 10和Stat3是TBI小鼠腦內(nèi)aCD3處理的Treg細(xì)胞中最主要的上游激活調(diào)節(jié)因子。流式細(xì)胞術(shù)分析顯示,與TBI - iso對(duì)照組相比,aCD3處理的小鼠腦內(nèi)Treg細(xì)胞中IL - 10表達(dá)上調(diào)。這些結(jié)果表明,外周和中樞Treg細(xì)胞具有獨(dú)特的免疫調(diào)節(jié)特征,與鼻內(nèi)給藥aCD3治療TBI后的改善相關(guān)。
(5)aCD3單克隆抗體鼻內(nèi)給藥調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)
鼻內(nèi)給藥aCD3增加了FoxP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)向腦膜和CCI損傷部位的遷移,這些細(xì)胞在損傷后與小膠質(zhì)細(xì)胞樹(shù)突密切接觸。小膠質(zhì)細(xì)胞單細(xì)胞懸浮液的RNA測(cè)序分析顯示,在傷后7天,TBI - iso和TBI - aCD3組的小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組特征相似,但到傷后30天,TBI - aCD3組的小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組特征向假手術(shù)對(duì)照組表型轉(zhuǎn)變,表現(xiàn)為下調(diào)促炎基因(如Il6、Il18)和上調(diào)穩(wěn)態(tài)基因(如Tgfbr2、Mertk)。在傷后7天,鼻內(nèi)給藥aCD3處理的小膠質(zhì)細(xì)胞中,穩(wěn)態(tài)和感知相關(guān)基因(如Cd33、Lag3)表達(dá)增加,且下調(diào)促炎關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子Cd14。傷后30天,aCD3處理增加了TGF - β信號(hào)通路基因表達(dá)(如Smad3、Tgfbr1),并下調(diào)了細(xì)胞因子受體和模式識(shí)別受體相關(guān)基因(如Tnfrsf17、Cd74)?;蚣患治觯℅SEA)表明,在傷后7天,TBI - iso組上調(diào)氧化應(yīng)激和神經(jīng)元凋亡相關(guān)通路,而TBI - aCD3組在這些通路中的基因上調(diào)較少,且在抗炎IL - 10產(chǎn)生和吞噬相關(guān)通路中基因上調(diào)更多。傷后30天,TBI - iso組在促炎機(jī)制和細(xì)胞殺傷通路中基因表達(dá)富集,而TBI - aCD3組在這些通路中的基因上調(diào)較少,且在吞噬和細(xì)胞因子產(chǎn)生相關(guān)通路中基因上調(diào)更多。分析傷后30天的炎癥反應(yīng)基因和疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞(DAMs)、神經(jīng)退行性小膠質(zhì)細(xì)胞(MGnDs)特征基因發(fā)現(xiàn),TBI - iso小膠質(zhì)細(xì)胞具有促炎反應(yīng)和DAM或MGnD特征,而aCD3處理的小鼠中這些基因表達(dá)下調(diào),接近假手術(shù)組水平。定量PCR(RT - qPCR)顯示,鼻內(nèi)給藥aCD3在傷后7天增加小膠質(zhì)細(xì)胞和腦組織中抗炎細(xì)胞因子Il10的表達(dá),并在傷后30天減少促炎標(biāo)志物表達(dá),同時(shí)上調(diào)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(Bdnf)。這些結(jié)果表明,鼻內(nèi)給藥aCD3使小膠質(zhì)細(xì)胞從病理性的、疾病相關(guān)表型轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸娴?、穩(wěn)態(tài)表型。
(6)鼻腔 aCD3 以 IL-10 依賴性方式增加小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬作用
TBI - aCD3處理的小鼠在傷后7天吞噬相關(guān)生物學(xué)通路顯著上調(diào),且在傷后30天多種關(guān)鍵小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬調(diào)節(jié)因子(Mertk、Sirpa和Tlr4)表達(dá)增加。實(shí)驗(yàn)在傷后6天和7天分別注射標(biāo)記的凋亡神經(jīng)元或PBS,并在注射后16小時(shí)和4小時(shí)檢測(cè),結(jié)果顯示aCD3處理的小鼠在注射后4小時(shí)和16小時(shí)的吞噬能力均高于TBI - iso組。對(duì)傷后7天的吞噬性和非吞噬性小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行RNA測(cè)序分析,結(jié)果顯示吞噬性TBI - aCD3小膠質(zhì)細(xì)胞在注射后4小時(shí)表現(xiàn)出獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄組特征,涉及多種關(guān)鍵吞噬基因的上調(diào)。與非吞噬性TBI - iso小膠質(zhì)細(xì)胞相比,吞噬性TBI - aCD3小膠質(zhì)細(xì)胞在識(shí)別和吞噬凋亡細(xì)胞及碎片(Mertk、Mrc1、Abca1、Lrp1和Stab1)、消化降解吞噬物(Rab27a、Smcr8、Clec16a和Vps8)、脂質(zhì)代謝(Apoc1、Olr1和Ldlr)、細(xì)胞骨架動(dòng)態(tài)(Myo1e)和調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬(Tspo、Qk和Pik3cg)的基因表達(dá)增加?;蚣患治觯℅SEA)顯示,與非吞噬性TBI - iso小膠質(zhì)細(xì)胞相比,吞噬性TBI - aCD3小膠質(zhì)細(xì)胞在吞噬相關(guān)通路(包括內(nèi)吞、模式識(shí)別和細(xì)胞遷移)中顯著富集。此外,與吞噬性TBI - iso小膠質(zhì)細(xì)胞相比,吞噬性TBI - aCD3小膠質(zhì)細(xì)胞在抗原呈遞和IL - 10通路的上調(diào)更為顯著。通路分析(IPA)顯示,IL - 10是aCD3處理的吞噬性小膠質(zhì)細(xì)胞中最重要的調(diào)節(jié)因子和信號(hào)通路。在傷后16小時(shí),也觀察到類似的吞噬機(jī)制相關(guān)基因和通路的上調(diào),且吞噬性TBI - aCD3小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出更穩(wěn)態(tài)、更少炎癥(疾病相關(guān))的特征。使用IL - 10基因敲除(KO)小鼠重復(fù)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示IL - 10 KO小鼠中TBI - aCD3小膠質(zhì)細(xì)胞在注射后4小時(shí)的吞噬能力顯著降低,且與野生型(WT)TBI - iso小膠質(zhì)細(xì)胞相比,IL - 10 KO小鼠的TBI - iso小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬能力顯著降低。這些結(jié)果表明,鼻內(nèi)給藥aCD3通過(guò)IL - 10依賴的方式增強(qiáng)了小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬機(jī)制。
圖4 小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬功能的表征及鼻內(nèi)給藥aCD3的影響。(a)傷后7天小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬相關(guān)基因的熱圖,基因通過(guò)DESeq2分析(雙側(cè)似然比檢驗(yàn),每組n = 4只小鼠)鑒定,F(xiàn)DR校正P < 0.05的基因用星號(hào)表示;(b)吞噬功能實(shí)驗(yàn)示意圖;(c)傷后7天損傷部位的免疫熒光染色(凋亡神經(jīng)元藍(lán)、P2ry12紅),顯示P2ry12吞噬凋亡神經(jīng)元,比例尺100 μm(放大圖50 μm);(d)注射標(biāo)記的凋亡神經(jīng)元后4小時(shí)的小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)以箱線圖表示,每組n = 5只小鼠,采用雙側(cè)非配對(duì)t檢驗(yàn)分析;(e)傷后7天及凋亡神經(jīng)元注射后4小時(shí),吞噬性(+P)和非吞噬性(-P)小膠質(zhì)細(xì)胞的差異表達(dá)基因(DEGs)聚類熱圖(DESeq2分析,雙側(cè)似然比檢驗(yàn),每組n = 3 - 4只小鼠,F(xiàn)DR校正P < 0.05);(f)與小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬及相關(guān)功能相關(guān)的基因在TBI - iso(+P)與TBI - iso(-P)以及TBI - aCD3(+P)與TBI - iso(-P)比較中的log2(倍數(shù)變化)條形圖;(g)基于上述比較的基因集富集分析(GSEA),q值 < 0.05的富集項(xiàng)用星號(hào)表示;(h)與吞噬性TBI - iso小膠質(zhì)細(xì)胞相比,吞噬性TBI - aCD3小膠質(zhì)細(xì)胞的DEGs的通路分析中選擇的頂級(jí)典型通路;(i)TBI - aCD3(+P)與TBI - iso(-P)比較中預(yù)測(cè)的上游調(diào)節(jié)因子;(j)與(b)相似設(shè)計(jì)的吞噬實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)以箱線圖表示,每組n = 5只小鼠,采用單因素方差分析分析。所有數(shù)據(jù)均為生物學(xué)重復(fù),代表兩個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)
(7)鼻腔 aCD3 通過(guò)小膠質(zhì)細(xì)胞中的 IL-10/IL-10R 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)改善 TBI 預(yù)后
在傷后7天,TBI - aCD3組小膠質(zhì)細(xì)胞的IL - 10細(xì)胞因子基因表達(dá)顯著上調(diào)。鼻內(nèi)給藥aCD3誘導(dǎo)分泌IL - 10的Treg細(xì)胞,并在損傷部位的小膠質(zhì)細(xì)胞和腦組織中增加IL - 10表達(dá)。通過(guò)腹腔注射抗IL - 10R(aIL - 10R)阻斷抗體,每3天一次,研究假手術(shù) - iso、TBI - iso、TBI - aCD3和TBI - aCD3 + aIL - 10R組的行為學(xué)結(jié)果和血腦屏障(BBB)破壞情況。結(jié)果顯示,TBI - aCD3組在BBB破壞以及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能、空間記憶和焦慮樣行為方面的改善被IL - 10R阻斷抵消。RNA測(cè)序分析發(fā)現(xiàn),傷后1個(gè)月,鼻內(nèi)給藥aCD3對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用被IL - 10阻斷,小膠質(zhì)細(xì)胞熱圖顯示TBI - aCD3 + aIL - 10R組表現(xiàn)出更促炎的轉(zhuǎn)錄組特征,且穩(wěn)態(tài)標(biāo)志物表達(dá)減少。使用IL - 10Rflox/floxTmem119CreETR2條件性敲除(KO)小鼠及其同窩對(duì)照小鼠,研究小膠質(zhì)細(xì)胞IL - 10R敲除對(duì)行為學(xué)和小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬能力的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)他莫昔芬處理的TBI - aCD3 - IL - 10Rflox/floxTmem119CreETR2小鼠表現(xiàn)出更差的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知結(jié)果以及降低的小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬能力。這些結(jié)果表明,IL - 10/IL - 10R信號(hào)在增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬能力和改善TBI疾病中起關(guān)鍵作用。
(8)鼻腔 aCD3 誘導(dǎo)的 CD4+FoxP3+Treg細(xì)胞改善神經(jīng)炎癥和 TBI 結(jié)果
鼻內(nèi)給藥aCD3在傷后3天至30天增加了損傷部位的FoxP3+ Treg細(xì)胞,并通過(guò)減少小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥改善了TBI的行為學(xué)和神經(jīng)病理學(xué)結(jié)果。過(guò)繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)中,接受aCD3處理小鼠的CD4+FoxP3+ Treg細(xì)胞的小鼠在傷后7天表現(xiàn)出改善的運(yùn)動(dòng)功能和協(xié)調(diào)性,并恢復(fù)了空間記憶。對(duì)TBI - aCD3 - FoxP3+、TBI - iso - FoxP3+和TBI - aCD3 - FoxP3? GFP組小鼠損傷側(cè)半球的小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行RNA測(cè)序分析,發(fā)現(xiàn)TBI - aCD3 - FoxP3+小膠質(zhì)細(xì)胞與其他組相比具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄組特征?;蚣患治觯℅SEA)顯示,與TBI - aCD3 - FoxP3?小膠質(zhì)細(xì)胞相比,TBI - aCD3 - FoxP3+小膠質(zhì)細(xì)胞下調(diào)了包括干擾素(IFN)γ和IFNα在內(nèi)的多種促炎通路。通路分析(IPA)揭示IL - 10Ra是TBI - aCD3 - FoxP3+小膠質(zhì)細(xì)胞中最重要的上游激活調(diào)節(jié)因子之一,而IL - 1b是最重要的上游抑制調(diào)節(jié)因子之一。與TBI - iso - FoxP3+小膠質(zhì)細(xì)胞相比,TBI - aCD3 - FoxP3+小膠質(zhì)細(xì)胞中IFNγ是最顯著下調(diào)的調(diào)節(jié)因子之一。定量PCR(RT - qPCR)顯示,與另外兩組相比,TBI - aCD3 - FoxP3+小膠質(zhì)細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子減少,穩(wěn)態(tài)和抗炎細(xì)胞因子表達(dá)增加。接受aCD3處理小鼠的CD4+FoxP3+ Treg細(xì)胞的小鼠在傷后7天增加了小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力。這些結(jié)果表明,F(xiàn)oxP3+ Treg細(xì)胞在增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬能力和改善TBI疾病中起關(guān)鍵作用。
圖6 Treg細(xì)胞對(duì)TBI后行為學(xué)和小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥的影響。(a)過(guò)繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)時(shí)間線;(b)轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)和Y迷宮測(cè)試結(jié)果,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,采用單因素方差分析分析;(c)傷后7天小膠質(zhì)細(xì)胞的差異表達(dá)基因(DEGs)聚類熱圖,基因通過(guò)DESeq2分析(雙側(cè)Wald檢驗(yàn),每組n = 3只小鼠,F(xiàn)DR校正P < 0.05)鑒定,聚類用基因本體生物學(xué)過(guò)程(GOBP)富集項(xiàng)(q值 < 0.05)注釋;(d)基因集富集分析(GSEA)分析TBI - iso FoxP3與TBI - aCD3 - FoxP3?以及TBI - aCD3 - FoxP3與TBI - aCD3 - FoxP3?的比較,q值 < 0.05的富集項(xiàng)用星號(hào)表示;(e)TBI - aCD3 - FoxP3與TBI - aCD3 - FoxP3?比較的預(yù)測(cè)上游調(diào)節(jié)因子(通路分析);(f)TBI - aCD3 - FoxP3與TBI - iso FoxP3比較的基因集富集分析;(g)TBI - aCD3 - FoxP3與TBI - iso FoxP3比較的預(yù)測(cè)上游調(diào)節(jié)因子(通路分析);(h)傷后7天損傷側(cè)半球小膠質(zhì)細(xì)胞的定量PCR分析,以GAPDH為內(nèi)參,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,采用單因素方差分析分析;(i)與圖4b相似設(shè)計(jì)的小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)以箱線圖(最小值、最大值、四分位距、中位數(shù))表示,采用單因素方差分析分析;(j)小膠質(zhì)細(xì)胞和Treg細(xì)胞共培養(yǎng)示意圖;(k)小膠質(zhì)細(xì)胞的定量PCR分析,以GAPDH為內(nèi)參,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,采用單因素方差分析分析。所有數(shù)據(jù)均為生物學(xué)重復(fù),代表兩個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)
(9)CD4+Foxp3+Treg細(xì)胞在體外抑制小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥和穩(wěn)態(tài)標(biāo)志物
采用體外共培養(yǎng)系統(tǒng),從小鼠CCI損傷后24小時(shí)的損傷側(cè)半球分離小膠質(zhì)細(xì)胞,并從接受CCI和鼻內(nèi)給藥aCD3或同型對(duì)照處理7天的小鼠脾臟中分離Treg細(xì)胞。共培養(yǎng)72小時(shí)后對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行定量PCR分析,結(jié)果顯示,與TBI - iso組相比,TBI - aCD3組小膠質(zhì)細(xì)胞中抗炎和穩(wěn)態(tài)標(biāo)志物(Il10、Cx3cr1和Cd206)增加,促炎標(biāo)志物Il1b減少,這與傷后7天的體內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)一致。此外,通過(guò)體外阻斷IL - 10,這種效應(yīng)消失,這也與體內(nèi)IL - 10中和后的觀察結(jié)果一致。
(10)產(chǎn)生IL-10的Treg細(xì)胞促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬、改善神經(jīng)炎癥及功能預(yù)后
鼻內(nèi)給藥aCD3處理小鼠的FoxP3 Treg細(xì)胞過(guò)繼轉(zhuǎn)移可改善TBI,且IL - 10在其中發(fā)揮重要作用。利用FoxP3 - DTR轉(zhuǎn)基因小鼠耗竭FoxP3 Treg細(xì)胞,白喉毒素(DT)在CCI前3天注射,并每3天重復(fù)一次,直至CCI或假手術(shù)后7天。結(jié)果表明,F(xiàn)oxP3 Treg細(xì)胞的耗竭惡化了運(yùn)動(dòng)功能,加劇了小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥,并增加了促炎小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物(Il1b、Tnf、Il6和Il18)的表達(dá)。FoxP3 Treg細(xì)胞的耗竭降低了小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬死亡神經(jīng)元的能力。使用10BiT.FoxP3GFP雙重報(bào)告系統(tǒng)分離IL - 10+和IL - 10? Treg細(xì)胞,并將這些細(xì)胞過(guò)繼轉(zhuǎn)移至FoxP3耗竭小鼠中,觀察到IL - 10+ Treg細(xì)胞與IL - 10? Treg細(xì)胞相比,改善了運(yùn)動(dòng)功能和空間記憶,降低了促炎標(biāo)志物的表達(dá),并且增強(qiáng)了小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)死亡神經(jīng)元的吞噬能力。因此,IL - 10在鼻內(nèi)給藥aCD3誘導(dǎo)的FoxP3 Treg細(xì)胞對(duì)TBI的有益效果中起關(guān)鍵作用。
圖7 FoxP3 - DTR Treg細(xì)胞耗竭及相關(guān)實(shí)驗(yàn)的表征。(a)FoxP3 - DTR Treg細(xì)胞耗竭的實(shí)驗(yàn)時(shí)間線;(b)行為測(cè)試中,旋轉(zhuǎn)桿和Y迷宮評(píng)估各組差異,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,每組6只小鼠,采用單因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Tukey多重比較檢驗(yàn)分析;(c)TBI后7天同側(cè)半球小膠質(zhì)細(xì)胞的RT - qPCR分析,表達(dá)量以GAPDH為內(nèi)參標(biāo)準(zhǔn)化,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,每組4只小鼠,采用單因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Tukey多重比較檢驗(yàn)分析;(d)與圖4b相似設(shè)計(jì)的吞噬實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)以箱線圖表示,每組5只小鼠,采用單因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Tukey多重比較檢驗(yàn)分析;(e)驗(yàn)證Il10表達(dá)的示意圖,對(duì)FoxP3 + Thy1.1 + 和FoxP3 + Thy1.1?分選細(xì)胞進(jìn)行Il10表達(dá)的RT - qPCR分析,表達(dá)量以GAPDH為內(nèi)參標(biāo)準(zhǔn)化,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,每組3只小鼠,采用雙側(cè)非配對(duì)Student t檢驗(yàn)分析;(f)過(guò)繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)示意圖,分析兩組間FoxP3上Thy1.1的表達(dá)差異,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,每組3個(gè)樣本(每個(gè)樣本為5個(gè)損傷半球的混合),采用雙側(cè)非配對(duì)Student t檢驗(yàn)分析;(g)過(guò)繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間線示意圖;(h)行為測(cè)試中,旋轉(zhuǎn)桿和Y迷宮評(píng)估各組差異,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,每組6只小鼠,采用單因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Tukey多重比較檢驗(yàn)分析;(i)TBI后7天同側(cè)半球小膠質(zhì)細(xì)胞的RT - qPCR分析,表達(dá)量以GAPDH為內(nèi)參標(biāo)準(zhǔn)化,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,每組4只小鼠,采用單因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Tukey多重比較檢驗(yàn)分析;(j)與圖4b相似設(shè)計(jì)的吞噬實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)以箱線圖表示,每組4只小鼠,采用單因素方差分析(ANOVA)結(jié)合Tukey多重比較檢驗(yàn)分析。所有數(shù)據(jù)均為生物學(xué)重復(fù),代表兩次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的結(jié)果
本研究揭示了鼻內(nèi)給予抗CD3單克隆抗體(aCD3 mAb)對(duì)創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)的治療潛力。研究發(fā)現(xiàn),aCD3 mAb能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生IL - 10的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞,這些細(xì)胞通過(guò)與小膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用,增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力,調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。這一機(jī)制有效改善了TBI后的功能恢復(fù)。因此,鼻內(nèi)給藥aCD3 mAb有望成為治療TBI及其他急性腦損傷的新策略。
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