2023年6月6日,來自希臘巴斯德研究所神經(jīng)生物學(xué)系細(xì)胞和分子神經(jīng)生物學(xué)-干細(xì)胞實驗室Florentia Papastefanaki團隊在Cells上發(fā)表“Brain Infection by Group B Streptococcus Induces Inflammation and Affects Neurogenesis in the Adult Mouse Hippocampus”,揭示了B族鏈球菌的腦部感染誘導(dǎo)炎癥并影響成年小鼠海馬體的神經(jīng)發(fā)生。
病原體穿過血腦屏障引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染極具破壞性,并會引發(fā)細(xì)胞改變和神經(jīng)炎癥。特別是細(xì)菌性腦部感染是海馬神經(jīng)元變性的主要原因。海馬神經(jīng)發(fā)生是成人大腦一生中發(fā)生的連續(xù)多步過程,可以補償這種神經(jīng)元損失。 然而,細(xì)菌性腦膜炎/腦炎的認(rèn)知和其他后遺癥發(fā)生率很高,這表明內(nèi)源性修復(fù)機制可能受到嚴(yán)重影響。在當(dāng)前的研究中,作者使用B組鏈球菌(GBS)菌株NEM316建立成年小鼠腦部感染模型并確定其對成年神經(jīng)發(fā)生的影響。實驗性腦炎通過抑制祖細(xì)胞的增殖和新生神經(jīng)元的產(chǎn)生,引起神經(jīng)功能缺損和死亡,誘發(fā)炎癥,并影響成年海馬齒狀回的神經(jīng)發(fā)生。這些影響與海馬神經(jīng)發(fā)生特別相關(guān),而腦室下區(qū)神經(jīng)發(fā)生不受影響??偟膩碚f,該研究提供了關(guān)于GBS感染對成人大腦神經(jīng)發(fā)生影響的新見解。
圖一 GBS感染在小鼠大腦中誘導(dǎo)炎癥和外周免疫細(xì)胞浸潤
作者首先驗證了感染72小時后處死的存活小鼠大腦中GBS的存在。免疫熒光檢測發(fā)現(xiàn)在脈絡(luò)叢、側(cè)腦室和第三腦室周圍、杏仁核和皮質(zhì)以及腦實質(zhì)中檢測到GBS。接下來探究GBS的存在是否會引起大腦內(nèi)的炎癥免疫反應(yīng)。GBS和CD68(活化巨噬細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物)的雙重免疫熒光揭示了GBS染色在CD68+細(xì)胞中的共定位,表明小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞活化和吞噬作用正在進(jìn)行。這在實質(zhì)中的簇狀細(xì)胞的情況下尤為明顯,其中CD68在GFP附近或周圍被檢測到,反映了激活的CD68+小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞吞噬GFP+細(xì)菌進(jìn)行吞噬作用。
圖二 GBS腦部感染和神經(jīng)炎癥
鑒于對受感染小鼠腦部活動性炎癥的初步觀察,作者進(jìn)一步檢測了海馬齒狀回神經(jīng)炎癥的兩個主要特征,即星形膠質(zhì)細(xì)胞增生,由星形膠質(zhì)細(xì)胞中膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)的表達(dá)水平估計,以及小膠質(zhì)細(xì)胞增生,通過對離子化鈣結(jié)合銜接分子1(Iba-1)和CD68進(jìn)行雙重免疫染色評估,當(dāng)共表達(dá)時標(biāo)記激活的巨噬細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞。與對照組相比,注射GBS后熒光沒有明顯變化。此外,還評估了外周T和B淋巴細(xì)胞的浸潤。分別標(biāo)記 T (CD3+/CD45+)和B(CD3-/CD45+) 淋巴細(xì)胞的CD3和CD45雙重免疫染色揭示了T細(xì)胞和B細(xì)胞在GBS感染小鼠大腦中的浸潤,特別是在以下區(qū)域腦膜和脈絡(luò)叢。此外觀察到受感染動物的腦實質(zhì)中存在T和B細(xì)胞簇,對照組中并沒有。
圖三 GBS腦部感染對海馬齒狀回顆粒下區(qū)神經(jīng)源性生態(tài)位的影響
為了分析齒狀回中海馬神經(jīng)源性生態(tài)位對GBS感染的反應(yīng),在感染后72小時對冠狀腦切片進(jìn)行了多重免疫熒光標(biāo)記。作者使用Ki67(增殖標(biāo)記)和特定于神經(jīng)發(fā)生的不同細(xì)胞階段的標(biāo)記評估了NSC的增殖。與對照組相比,GBS感染小鼠的增殖細(xì)胞總數(shù)呈下降趨勢。當(dāng)作者研究SGZ神經(jīng)源性生態(tài)位中存在的不同增殖細(xì)胞群時,發(fā)現(xiàn)兩組小鼠之間存在顯著差異。特別是,在GBS感染后,Sox2+/Ki67+增殖的NSCs顯著減少。此外,MASH1+/Ki67+細(xì)胞對應(yīng)于快速增殖的轉(zhuǎn)運擴增前體細(xì)胞群,在GBS感染的小鼠中明顯減少。同樣,與對照小鼠相比,GBS感染小鼠的增殖神經(jīng)母細(xì)胞顯著減少。與此一致,GBS感染小鼠的SGZ中有絲分裂后新生神經(jīng)元(DCX+/Ki67)數(shù)量也顯著減少。
圖四 感染后海馬中PV陽性神經(jīng)元和BDNF的免疫檢測降低
作者檢測了海馬神經(jīng)源性生態(tài)位中表達(dá)小清蛋白的中間神經(jīng)元數(shù)量可能發(fā)生的變化,因為它們在支持該區(qū)域新生神經(jīng)元存活的作用。通過免疫熒光觀察到齒狀回中小白蛋白陽性細(xì)胞數(shù)量顯著減少。接著檢測了海馬體損傷(已知會導(dǎo)致學(xué)習(xí)和記憶受損)與腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)(大腦中分布最廣的生長因子)之間的相關(guān)性。BDNF主要在海馬苔蘚纖維投射中表達(dá),即終止于苔蘚細(xì)胞和CA3錐體神經(jīng)元的齒狀回顆粒細(xì)胞的無髓鞘軸突,這對空間記憶的形成和鞏固尤其重要。BDNF調(diào)節(jié)神經(jīng)元存活、突觸傳遞和突觸可塑性,BDNF的免疫熒光標(biāo)記顯示,在GBS感染后72小時數(shù)量顯著減少。
圖五 GBS腦感染對腦室下區(qū)神經(jīng)源性生態(tài)位的影響
鑒于GBS感染對SGZ神經(jīng)源性群體的影響,于是作者檢測SVZ的神經(jīng)源性生態(tài)位是否有類似的反應(yīng)。與SGZ不同,在SVZ中,兩組在任何增殖前體細(xì)胞類型中均未發(fā)現(xiàn)明顯差異。有絲分裂后DCX+/Ki67新生神經(jīng)元的數(shù)量在兩組之間沒有差異。此外,當(dāng)作者檢測一組2小時的細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期的S期時,兩組小鼠之間的各種SVZ細(xì)胞群之間沒有顯著差異。
綜上所述,GBS相關(guān)腦膜炎會損害成人神經(jīng)發(fā)生,特別是在海馬體中,并且與增殖的NSC和成神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量減少有關(guān),從而導(dǎo)致SGZ中有絲分裂后神經(jīng)元數(shù)量減少。此外,作者觀察到BDNF水平降低,以及PV陽性中間神經(jīng)元數(shù)量減少,這兩者都參與成人神經(jīng)發(fā)生。這些影響可以通過GBS內(nèi)毒素或/和外毒素與宿主腦細(xì)胞群的相互作用直接介導(dǎo)和/或通過激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和浸潤外周免疫細(xì)胞的炎癥反應(yīng)間接介導(dǎo)。總之,該研究為GBS感染和由此產(chǎn)生的神經(jīng)功能缺陷提供了新的見解,拓寬了對疾病發(fā)病機制的理解。
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