肝脏的清除任务,怎样牵动脑内突触?胆红素与小胶质的一条线索
临床病例相关性与小鼠研究相接:胆红素负荷、TRPM2—SYK 信号和小胶质吞噬,联系前扣带皮层活动及情绪相关行为。
肝脏处理代谢产物,脑内细胞维护神经连接,这两项工作会怎样相遇?发表于 Journal of Neuroinflammation 的研究,从病例中较高的胆红素水平出发,追踪小鼠肝脏清除功能、前扣带皮层和小胶质细胞。在胆红素负荷增加的模型中,小胶质吞噬相关变化增强,神经元树突棘减少,活动与情绪相关行为也发生改变。TRPM2—SYK 信号提供了一条连接代谢与突触的机制线索。
小鼠胆红素清除异常与前扣带小胶质—突触变化相联系,针对小胶质 TRPM2 或 SYK 的干预减弱相关变化,并改善若干行为指标。
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一项清除功能,成为脑—体研究的起点
胆红素来自血红蛋白代谢,肝脏参与它的摄取、结合与排出。研究回顾比较五十八名抑郁症患者与五十八名同期非抑郁症病例,前者总胆红素和间接胆红素平均较高。这份人类资料提供相关性线索,后面的机制问题则交给动物模型:清除过程变化,会怎样影响脑内细胞?
慢性不可预知应激的小鼠中,部分清除相关转运和酶蛋白逐渐降低,血清胆红素升高。应激供肝换入未经历相同应激的小鼠后,胆红素也较高;换入非应激供肝,则可部分减轻应激受体的胆红素积累。肝脏状态由此与持续的代谢变化形成联系。
来源:Sun S et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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代谢变化之后,突触和活动也有不同
接受应激供肝的小鼠,更少探索中心和开放臂,悬尾静止时间更长;前扣带皮层(ACC)活动相关标记降低,小胶质细胞分支变少、胞体变大。换肝本身也影响运动量,非应激与应激供肝组的总距离没有明显差异,提示各项行为需要结合当时的身体状态理解。
后续独立的胆红素负荷与肝脏清除酶降低模型,也出现 ACC 活动和行为变化。非应激供肝可部分改善应激受体的相关指标。组织重建显示,小胶质内部的突触标记增加,神经元的突触与活动读数降低。这将肝脏线索进一步引向脑内维护连接的细胞。
来源:Sun S et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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TRPM2 把胆红素负荷与小胶质作用相接
TRPM2 是能够通透钙离子的阳离子通道,成为团队追踪的重点。针对小胶质 TRPM2 的改变,减弱胆红素模型中的行为异常,树突棘减少和 ACC 活动降低也得到部分改善。各组总移动距离没有显著差异,使这些变化与前面移植模型中的运动影响形成区别。
局部 ACC 小胶质相关干预,以及肝脏清除酶降低模型中的结果,也指向同一方向。抑制小胶质相关反应可改善部分表现,提高 ACC 兴奋性群体活动与其结合时,改善更明显。代谢信号、免疫细胞与神经元,在这里逐步形成相互联系的几个环节。
来源:Sun S et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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变化集中到吞噬相关的一类小胶质状态
单细胞表达分析分出多种小胶质状态,胆红素条件下其中一类比例提高,TRPM2 改变后减少;其他受检亚群比例没有同样变化。这一类的表达线索与内吞、溶酶体和细胞骨架相关,组织重建也显示更多小胶质内突触标记。细胞状态与结构观察因此相互呼应。
SYK 信号进一步进入这条路线。胆红素条件下相关活化标记增强,改变 TRPM2 后减弱;针对小胶质 SYK,也减少吞噬相关读数并改善探索表现。通道与细胞内信号由此接上关系,使小胶质怎样响应代谢负荷有了更具体的分子解释。
来源:Sun S et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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从暂停到继续,细胞表达怎样改变
基因转录并非从开头一直不停地往下读。RNA 聚合酶可以先暂停,再进入持续延伸。胆红素条件下,研究观察到与这两个阶段相关的标记分布改变,涉及细胞骨架和吞噬相关基因;TRPM2 或 SYK 改变后,分布又有所调整。作者据此提出转录暂停释放参与了细胞状态变化。
培养细胞中,胆红素伴随细胞表面积与突起变化,吞噬能力提高;相应通道或信号受影响时,这些变化减弱。分子表达与细胞行为在这里连接起来。小胶质如何处理周围材料,不仅与一个通道有关,也涉及组织细胞骨架和吞噬工作的表达程序。
来源:Sun S et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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药理观察与遗传线索,方向相互呼应
TRPM2 相关药理干预条件下,行为指标改善,微胶质内突触标记减少,树突棘密度较高。ACC 兴奋性群体对刺激的钙响应也得到部分改善,其他电活动读数呈现相应方向。总移动距离没有明显变化,使脑内结构、活动和行为能够从多个角度相互参照。
来源:Sun S et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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清除代谢物,也能参与维护神经连接
病例资料给出相关性起点,主要雄性小鼠机制工作则揭示一种代谢负荷如何与小胶质和突触相接。不同模型及干预共同支持这条路线,具体行为仍来自各自条件。最有意思的认识是,脑内连接的状态可以与肝脏的清除工作发生联系,免疫细胞成为两种功能之间的重要参与者。