科學家發現大腦對外部感染快速反應的細胞

神經系統、免疫系統與循環系統有著緊密的相互調節關係。近期的研究表明，免疫細胞與其分泌的各種因子在生理和病理條件下均可跨過血腦屏障；越來越多的經典免疫因子被發現在神經發育與突觸可塑性過程中發揮重要作用；免疫系統與神經系統的細胞可以相互調控。神經系統、免疫系統與循環系統的相互調控在感染導致的疾病中尤為重要。對於五歲以下的兒童，感染是導致死亡的主要誘因【1】。沒有被有效控制的系統炎症可能導致腦炎、腦膜炎、驚厥等中樞神經系統疾病。新生兒時期的神經炎症也被報道與發育遲緩、癲癇、孤獨症譜系障礙、精神分裂症等疾病的發病相關。

前人關於神經炎症的研究主要關注炎症後期的反應，包括小膠質細胞與星形膠質細胞的激活，白細胞對腦實質的入侵，以及上述細胞分泌的相關細胞因子的作用。在感染的早期（2小時），腦脊液中即可檢測到大量細胞因子（CCL2等， CCL2又被稱為單核細胞趨化蛋白， monocyte chemotactic protein-1, MCP1），感染導致的病態行為（sickness behavior）在感染早期也已出現。然而，由於血腦屏障的存在，在系統性感染的早期，小膠質細胞和星形膠質細胞並未被充分激活，因此這兩種細胞不是CCL2的主要來源

9月27日，中國科學院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室於翔研究組在Neuron在線發表了題為PDGFRb Cells Rapidly Relay Inflammatory Signal from the Circulatory System to Neurons via Chemokine CCL2的論文，研究發現，在系統性感染早期，小鼠腦內的PDGFRβ細胞快速感應循環系統中的感染信號，並通過釋放趨化因子CCL2增強多個腦區神經元的興奮性突觸傳遞與放電頻率。PDGFRβ細胞是一種血管旁細胞，是大腦神經血管單元與血腦屏障的重要組成部分，具有維持血腦屏障、調控血管血流量等功能。

於翔研究組的段力輝與張小荻同學通過建立多種模擬細菌或病毒感染的小鼠系統炎症模型（細菌脂多糖（LPS）、聚肌胞苷酸 [Poly(I:C)] 及CpG非甲基化寡核苷酸（ODN1668）處理），發現PDGFRβ細胞分泌的趨化因子CCL2（又名MCP-1）在炎症早期高表達。然後運用多種轉基因小鼠模型，結合原位雜交與免疫組織化學，以及在PDGFRβ細胞中對Ccl2進行條件性敲除（Pdgfrb-Cre;Ccl2^fl/fl），驗證了該結果。隨後通過單細胞測序進一步發現，Col1a1與Rgs5亞型的PDGFRβ細胞在炎症早期高表達Ccl2。單細胞測序的結果還表明PDGFRβ細胞亦同時表達Ccl2以外的多種細胞因子。

PDGFRβ細胞釋放的CCL2有何種生理功能？腦片電生理實驗表明，CCL2可以作用於多個腦區的穀氨酸能神經元，提高其興奮性突觸傳遞，從而提高其整體興奮性

CCL2或PDGFRβ細胞分泌的其他因子是否影響神經炎症後期小膠質細胞與星形膠質細胞的激活，有待進一步的研究。作為腦內最早感受系統炎症並對其做出反應的細胞類型，PDGFRβ細胞（Col1a1 和/或Rgs5亞型）

據悉，該研究由博士研究生段力輝、張小荻在於翔研究員的指導下完成，實驗室成員苗婉瑩等對該研究做出了重要貢獻。

參考文獻：

1、Liu, L., Oza, S., Hogan, D., Perin, J., Rudan, I., Lawn, J. E., ... & Black, R. E. (2015). Global, regional, and national causes of child mortality in 2000–13, with projections to inform post-2015 priorities: an updated systematic analysis. The Lancet, 385(9966), 430-440.

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關鍵字: 嬰幼兒護理 突觸 癲癇