华中科技大学同济医院王伟课题组揭示转化生长因子-β1通过NF-KB/ERK1/2通路减轻小胶质细胞的细胞焦亡

中枢神经系统(CNS)脱髓鞘性疾病是一组以髓鞘损伤或髓鞘丢失为特征的疾病。转化生长因子β1（TGF-β1）是一种公认的抗炎症细胞因子，可由中枢神经系统的胶质细胞和神经元细胞产生。目前，TGF-β1对脱髓鞘疾病的影响及其潜在机制存在很大空白。

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2022年7月28日，华中科技大学同济医院王伟课题组在Journal of Neuroinflammation上发文，揭示了转化生长因子-β1通过NF-KB/ERK1/2通路减轻小胶质细胞的细胞焦亡（Pyroptosis），从而缓解LPC诱导的认知功能障碍。

首先，课题组通过在胼胝体注射溶血磷脂酰胆碱（LPC）构建了局灶性脱髓鞘小鼠模型，对GFAP（星形胶质细胞标记物）、Iba1（小胶质细胞标记物）、MBP（髓鞘标记物）和TGF-β1（转化生长因子β1）的双重免疫染色结果显示： TGF-β1信号在LPC鼠星形胶质细胞和小胶质细胞中和损伤灶处显著增加。

图1|双重免疫染色结果及定量分析

为了研究TGF-β1的预防性给药能否在LPC诱导的病变中发挥保护作用，课题组分别在LPC建模前两天和当天注射TGF-β1（TGF-β1组），定量分析结果表明TGF-β1 小鼠白质损伤程度显著降低。

在不同的白质损伤模型中，以肥大形态和炎症介质释放增强为特征的小胶质细胞激活会损害髓鞘形成。课题组由此对小胶质细胞和吞噬标记物（吞噬作用）进行双染，并发现与LPC-vehicle小鼠（未注射TGF-β1）相比，TGF-β1 小鼠Iba1+信号显著减少，且具有CD68+和Iba1+双重信号的细胞量显著下调。即TGF-β1的预防性给药缓解了LPC诱导的脑部病变。

据报道，小胶质细胞通过细胞焦亡在炎症过程中发挥重要作用，而Gasdermin D（GSDMD）是pyroptosis的关键效应因子。课题组通过WB和双染实验发现Iba1+GSDMD+细胞在LPC-vehicle小鼠脑中显著上调，而在TGF-β1 小鼠中又有所减少。此外，NLRP3凋亡小体及相关蛋白在LPC-vehicle小鼠脑中的上调同样被TGF-β1给药所缓解。这些结果表明：预防性TGF-β1给药通过减少小胶质细胞的焦亡和凋亡减轻LPC模型小鼠的神经炎症。

图2| 三组小鼠脑中NLRP3凋亡小体及相关蛋白的WB结果

随后，课题组评估了预防性TGF-β1给药对LPC小鼠行为学的影响。水迷宫实验结果显示：LPC-vehicle小鼠在水迷宫中的逃离时间增加，在探索实验(probe test)中穿过平台的次数显著减少，而预防性TGF-β1给药则使其恢复。此外，生信分析结果也表明TGF-β1 小鼠特征与SHAM组相似。这些结果表明预防性TGF-β1给药可改善LPC诱导的认知功能障碍。

图3|水迷宫测试结果

那么TGF-β1的治疗性给药是否也能起到与预防性给药相似保护作用呢？课题组使用小剂量套管将TGF-β1输送到LPC小鼠的侧脑室，持续一周。WB和免疫染色结果显示：治疗后的LPC小鼠脑中GSDMD和NLRP3及相关蛋白显著下降，且其在水迷宫中的逃离时间减少，平台穿越次数增加，即治疗性TGF-β1给药也可以缓解LPC模型小鼠的小胶质细胞焦亡和认知功能障碍。

为了探究TGF-β1是否直接对LPC诱导的病变起保护作用，课题组脂多糖（LPS）在体外诱导小胶质细胞发炎。扫描电镜结果显示：LPS处理24h后小胶质细胞质膜出现典型气泡，细胞膜明显破裂，而TGF-β1给药显著缓解了这种细胞凋亡特征性形态学改变。此外，WB结果证明了TGF-β1显著减弱了LPS刺激的培养小胶质细胞中GSDMD，NLRP3，Caspase-1-p20和IL-1β蛋白水平的升高。

图4|体外培养细胞的扫描电镜结果

NF-KB通过与GSDMD启动子区域上游的两个近端位点结合而提高GSDMD转录，而抑制ERK1/2和NF-KB活性可以缓解单羧酸转运蛋白4（MCT4）诱导的细胞焦亡。免疫染色和WB结果显示，LPS处理的细胞中NF-KB大量入核，核内磷酸化的ERK1/2（p-ERK1/2）信号显著增加，而TGF-β1显著逆转了这一趋势。此外，ERK1/2和NF-KB通路激动剂(PMA)又可以阻断TGF-β1的疗效。这暗示TGF-β1可以通过抑制ERK1/2和NF-KB通路直接抑制小胶质细胞的焦亡过程，从而减少促炎细胞因子和神经炎症的释放。

文章来源

 https://doi.org/10.1186/S12974-022-02557-0

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