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《自然—神经科学》:闫超/刘翔宇/陈迪俊/合作揭示全新星形胶质细胞LARA促进癫痫的疾病发展

已有 961 次阅读 2023-3-21 11:47 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2023年3月21日凌晨0时,南京大学生命科学学院闫超教授陈迪俊教授、南京鼓楼医院神经外科刘翔宇主任团队合作在Nature Neuroscience在线发表论文,首次揭示TLE患者大脑中存在一种全新的反应性星形胶质细胞——脂质堆积的反应性星形胶质细胞(lipid-accumulated reactive astrocyte, 简称LARA),并表现出独特的分子表型和功能。


该团队证明了LARA通过上调腺苷A2A受体表达,加剧了神经元的兴奋性,促进癫痫的疾病发展。

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癫痫是最常见的神经疾病之一,人群中约占高达1%,而其中30%的患者会进展成耐药性癫痫,特别是颞叶性癫痫(TLE),此类患者一般只能通过手术切除进行治疗。胶质淤痕是其典型病理特征之一,反应型星形胶质细胞是胶质淤痕重要的细胞组分,但对于其在癫痫中的分子特征以及在疾病进展过程中的作用,我们知之甚少。

近年来,人们使用病人样本进行单细胞核测序,根据不同的分子表型鉴定出了不同反应型星形胶质细胞亚群,包括神经炎症星形胶质细胞、神经毒性反应型星形胶质细胞和疾病相关星形胶质细胞。这些星形胶质细胞亚群在不同的神经系统疾病中扮演着不同的角色,或“神经保护”,或“神经毒性”。而对于癫痫来说,这些已知的反应性星形胶质细胞是否存在,并是否与在其他疾病中表现出相似的功能表型;或者是否存在其他类型的反应性星形胶质细胞,扮演着什么样的角色,仍然有待探究。

研究人员首先利用磁共振波谱(MRS),发现在TLE病人病灶侧脂质信号明显高于其正常侧,提示了脂质异常堆积。进一步使用免疫荧光和脂代谢组分析,在病人人脑样本和小鼠模型中发现了,神经元和星形胶质细胞出现了异常的脂堆积(图1)。

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图1. TLE病人病灶出现异常脂堆积

为了探究异常癫痫患者异常的脂堆积是否会引起相关脂代谢基因变化,研究团队收集了TLE患者和正常对照脑组织样本进行了单核RNA测序(sn-RNA seq)。发现TLE患者中,神经元和星形胶质细胞脂代谢和脂转运信号通路都异常激活。其中星形胶质细胞变化尤为显著,并且载脂蛋白APOE在星形胶质细胞中显著上调。

载脂蛋白APOE是否介导了星形胶质细胞异常脂堆积?为了解决这一疑问,团队分别构建了APOE KO和星形胶质细胞APOE cKO癫痫小鼠模型,发现均能有效改善星形胶质细胞中异常脂堆积(图2)。结合离体神经元-星形胶质细胞共培养实验,进一步证明了在癫痫中,神经元过度兴奋产生大量脂质,然后被星形胶质细胞来源的APOE转运到星形胶质细胞,导致其异常脂堆积。

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图2. 星形胶质细胞APOE cKO逆转癫痫小鼠星形胶质细胞异常脂堆积

那么,这些脂堆积异常的星形胶质细胞是否是一群新的反应性星形胶质细胞?在TLE中的作用是什么?基于这两个问题,研究团队对单核RNA测序数据进行了进一步分析,将星形胶质细胞细分为6个亚群,其中A4亚群表现出脂质代谢和转运相关的基因显著高表达,同样该亚群也表现出最高的APOE表达水平。因其转录组特征不同于之前已报道过的任何一种反应性星形胶质细胞亚型,研究者将这个亚群定义为“脂堆积的反应性星形胶质细胞”,英文简称为LARA(图3)。

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图3. APOE介导LARA的形成

为了进一步探究LARA在癫痫中的功能,研究者对APOE KO和APOE cKO小鼠中进行癫痫造模,发现均能有效改善癫痫症状,同时APOE敲除也能逆转绝大部分LARA相关基因的表达,证明了APOE是LARA形成的必要条件,LARA具有促癫痫的作用。最后,该团队还初步探索了LARA促癫痫的潜在分子机制,发现LARA可能通过上调腺苷A2A受体来发挥促癫痫作用。腺苷A2AR抑制剂AAV特异性敲低星形胶质细胞上的腺苷A2A受体,都能够改善模型小鼠的癫痫症状。

这项研究发现在TLE患者病灶区存在异常脂堆积现象,定义了一种全新的反应性星形胶质细胞亚型——LARA,并系统研究LARA在TLE中的分子表型和功能表型;同时还首次揭示了APOE在癫痫疾病进展中的作用。提出了靶向LARA或调控脂代谢可能成为耐药性癫痫的全新治疗策略。

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图文摘要:LARA的形成及其在癫痫中的作用

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41593-023-01288-6





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