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压力如何牵动免疫?红核与颈部淋巴结的新联系

Nature communications · 2023-10-30

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Nature Communications · 研究前沿

压力如何牵动免疫?红核与颈部淋巴结的新联系

从压力经历者血液中的CCL5线索出发,研究在大鼠中找到红核活动、颈部淋巴结免疫变化与焦虑样行为的联系。一个熟悉的运动相关脑区,也参与了脑与身体的对话。

原论文图4B局部:红核内GCaMP标记细胞的绿色荧光视野

压力来临时,我们常先注意到心情和行为的变化,免疫系统却也可能悄悄加入这场反应。它究竟接收到了什么信号?2023年10月30日发表于 Nature Communications 的研究,从一组经历高压力工作的人群出发,追踪血液中的趋化因子CCL5,再把问题带到大鼠体内。线索最终汇向中脑红核与颈部淋巴结:当红核中一群兴奋性相关细胞变得不易活跃,动物减少开放区域探索,淋巴结与血液中的CCL5也随之改变。这个经常出现在运动控制故事里的脑区,由此显露出参与脑—免疫联系的另一面。

关键发现

在以雄性大鼠为主的机制研究中,抑制红核相关细胞提高CCL5并增加焦虑样行为;增强其活动则减轻受压动物的部分行为变化,并降低CCL5。颈部淋巴结参与其中,但连接两端的具体神经环节仍待揭示。

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高压经历之后,血液里留下一条线索

研究首先关注2020年赴武汉一线工作的精神科医生。47名有相关压力经历者与41名对照完成问卷;离开高压环境约一个月后,前者的创伤后应激相关量表和一般心理症状评分更高,抑郁与广泛性焦虑量表则没有显著组间差异。不同指标描绘出压力影响的不同侧面。

血液样本来自其中43名压力经历者和38名对照。CCL5在压力组更高,皮质醇反而更低,多项其他免疫相关指标没有显著变化。随访中,CCL5逐渐回落。这幅图景并非所有炎症信号一起上扬,而是一个值得继续追踪的分子线索;首次采血在返程后,研究并没有这些人在压力发生前的自身血液基线。

原论文图 1压力经历者的问卷与血液指标
压力经历者的问卷与血液指标
图1展示问卷及血液随访。首次比较中CCL5升高、皮质醇降低,PHQ-9与GAD-7组间差异未显著。
来源:Shi DD et al. · Nature communications · CC BY
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颈部淋巴结,为什么进入了故事?

在经历短期束缚压力的雄性大鼠中,总体移动距离没有明显变化,动物却更少进入或停留在旷场中央,也更少停留在高架迷宫开放臂。与此同时,颈部淋巴结是受测组织中CCL5变化突出的部位,记忆型CD8 T细胞的比例和数量也增加,免疫变化显露出组织与细胞层次的特点。

移除这些淋巴结后,受压大鼠在旷场中央停留更久,血液CCL5的升幅也减小;开放臂指标的改善趋势未达显著,CCL5升高仍有残留。淋巴结由此成为重要参与者,却并非全部答案。雌鼠受压后CCL5同样升高,但没有出现相同的焦虑样行为,后续机制探索因此主要在雄鼠中展开。

原论文图 2束缚压力、淋巴结与CCL5的变化
束缚压力、淋巴结与CCL5的变化
图2联系行为、组织CCL5与淋巴结细胞变化。移除淋巴结减小CCL5升幅并增加旷场中央停留,开放臂比例变化未达显著。
来源:Shi DD et al. · Nature communications · CC BY
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熟悉的运动脑区,显露出另一面

沿颈部淋巴结相关的上游神经网络追踪,红核出现在被标记的脑区中。红核通常与运动协调联系在一起;这次,在其中被标记的细胞里,约九成同时带有谷氨酸能相关标记。跨突触追踪提供了网络关联线索,也把一个新的问题推到眼前:压力是否改变了这些细胞的工作状态?

比较受压与对照大鼠的红核细胞,团队发现受测兴奋性细胞更难被推动起来:相同电流条件下放电较少,启动放电需要的电流更大,静息膜电位也更负。变化指向兴奋性的下降。淋巴结与红核之间仍可能经过多个中间环节,标记结果没有把它们缩短成一根直接相连的神经线。

原论文图 3上游网络标记与红核细胞兴奋性
上游网络标记与红核细胞兴奋性
图3展示淋巴结相关上游网络中的红核标记,以及受压后受测细胞放电与膜性质的变化;电压阈值比较未显著改变。
来源:Shi DD et al. · Nature communications · CC BY
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走向开放区域时,这群细胞也在响应

离开脑片,回到自由活动的大鼠,红核群体的钙信号随探索而变化。对照动物进入旷场中央附近展开探索时,相关细胞出现活动升高;经历束缚压力后,群体平均信号和探索相关响应都减弱。行为变得谨慎的同时,脑内这条活动线索也变淡了。

这些动态记录将细胞状态与具体行为时刻连接起来。它们显示的是群体活动与探索的联系,而这群细胞能否进一步改变行为和外周免疫,还要看直接干预后的结果。接下来的比较,让红核从一个随行为变化的观察点,成为可以检验作用的节点。

原论文图 4探索相关的红核群体钙信号
探索相关的红核群体钙信号
图4展示自由活动时的红核钙记录。受压大鼠的平均信号及探索相关响应均减弱。
来源:Shi DD et al. · Nature communications · CC BY
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调低与调高活动,行为和免疫信号一起改变

抑制红核相关兴奋性细胞后,大鼠在旷场中央停留更少,开放臂停留比例降低,血液和淋巴结中的CCL5升高;总体移动没有显著变化,开放臂进入次数也未显著改变。去除相应细胞的另一组实验,同样伴随焦虑样行为增加和CCL5升高,使细胞活动与外周变化之间的联系更为清楚。

相反,增强受压动物的红核相关细胞活动,能够增加中央区域与开放臂探索,并降低CCL5。补充实验还显示,系统性中和CCL5可以减轻红核受抑后出现的部分行为变化。神经活动与免疫分子由此汇入同一条研究主线,但这并不意味着CCL5只来自颈部淋巴结,或所有压力反应都由这一个分子决定。

原论文图 5红核细胞干预与行为、CCL5变化
红核细胞干预与行为、CCL5变化
图5展示抑制、去除及激活相关细胞后的结果。激活受压动物的红核细胞改善部分行为指标,并使血液CCL5下降。
来源:Shi DD et al. · Nature communications · CC BY
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运动网络与免疫之间,还有哪些接力?

初级运动皮层M1也进入了这张网络图。接收M1相关输入的一群红核细胞,在探索时出现钙响应,受压后响应减弱;抑制这些被输入关系标记的红核细胞,动物的中央区域和开放臂探索减少,CCL5升高,而总体移动未明显改变。运动相关脑区的活动,因而与探索和免疫变化发生了更具体的联系。

从人群血液中的一个分子,到大鼠脑区与免疫组织的联动,这项研究把压力的故事延伸到脑与身体之间。红核如何经过下游环节影响淋巴结,不同免疫细胞又怎样参与,仍有待继续揭开。人群观察提供了起点,动物干预描绘了可检验的联系,两者共同打开了一扇理解压力反应的新窗口。

原论文图 6接收M1输入的红核细胞参与行为与CCL5调节
接收M1输入的红核细胞参与行为与CCL5调节
图6展示接收M1相关输入的红核细胞钙响应及抑制结果。抑制这些细胞后,焦虑样行为与CCL5增加,总体移动未显著改变。
来源:Shi DD et al. · Nature communications · CC BY
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论文信息

Shi DD, Zhang YD, Zhang S, Liao BB, Chu MY, Su S, Zhuo K, Hu H, Zhang C, Wang Z.
Stress-induced red nucleus attenuation induces anxiety-like behavior and lymph node CCL5 secretion
Nature communications · 2023-10-30
DOI: 10.1038/s41467-023-42814-1