多發性硬化症治療新靶點

撰文 | 十一月

多發性硬化症（Multiple sclerosis，MS）是一種中樞神經系統慢性炎症相關的疾病，主要損害脊髓、大腦以及視神經【1】。目前世界上約有250萬多發性硬化症患者。多發性硬化症是一種很難根治的疾病，但是由於多發性硬化症的症狀繁多而複雜，又很容易與其他的疾病相混淆而導致誤診。從2009年起，為了激勵全世界多發性硬化症病友，多發性硬化症國際聯合會牽頭髮起了世界多發性硬化症日，定在每年的五月三十號舉行紀念活動，提高社會對於多發性硬化症的關注度，加強人們對於該疾病的認識。

選自世界多發性硬化症日網站：worldmsday.org

而關於多發性硬化症的病理性源頭科學家們認為可能是中樞神經系統各種大量存在的星形膠質細胞（Astrocytes）【2】。星形膠質細胞參與了多發性硬化的發病機制，但目前對星形膠質細胞的異質性及其調控機制卻知之甚少。

2020年2月13日，哈佛醫學院Francisco J. Quintana研究組在Nature發表文章MAFG-driven astrocytes promote CNS inflammation，<strong>通過利用多發性硬化症動物模型、原代細胞培養以及病人解剖樣品等多種方面對星形膠質細胞異質性進行研究，發現了多發性硬化症的潛在臨床治療靶點。

想要了解多發性硬化症的發病機制，需要識別相關的細胞亞群及其控制機制，但目前對星形膠質細胞的異質性及其在多發性硬化症中的控制還不甚清楚。作者們將目光放到了單細胞測序中，因為單細胞測序能夠對複雜組織中的細胞進行無偏向性的研究，能夠識別出不同細胞中基因調控環路。多發性硬化症臨床相關的動物模型是實驗性自身免疫性腦脊髓炎 (Experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE) 模型。關於EAE動物模型中星形膠質細胞的轉錄譜已經略有眉目【3,4】，但是目前還缺乏標記物為基礎的相關分析。因此，作者們使用百日咳毒素注射誘導EAE模型後，用髓磷脂少突膠質細胞糖蛋白表位進行免疫，隨後通過Drop-seq【5】對中樞神經系統中的細胞進行分析。作者們發現，星形膠質細胞的確存在多種不同的轉錄狀態的亞群。而在這些亞群中，Cluster4是在EAE誘導過程中擴增最多的亞群。在Cluster4中，作者們分析發現了五個作為備選的關鍵轉錄調控因子：Nfe2l2、Kdm5a、Hif1a、Fos以及Jun（圖1）。在這五個調控因子之中，Nfe2l2的表達量最低。Nfe2l2編碼的是轉錄因子NRF2，而NRF2是限制氧化脅迫以及炎症反應中控制細胞響應的【6】

圖1 Cluster4中關鍵調控因子

作者們發現NRF2在星形膠質細胞中是是抑制EAE的，因為降低NRF2會促進中樞神經系統中的炎症反應。為了進一步地確認NRF2在星形膠質細胞中的功能，作者們使用IL-1β和TNF誘導激活的小鼠星形膠質細胞進行原代培養，IL-1β和TNF的誘導激活與多發性硬化症的病理特徵相連

為了鑑定其他可能的EAE過程中星形膠質細胞調控因子，作者們在Cluster5中發現小MAF蛋白（small MAF，sMAF）MAFG可能在其中發揮作用（圖2）。sMAF蛋白雖然缺少轉錄激活結構域但是能夠與其他蛋白一起調控基因表達，sMAF蛋白本身也能夠形成二聚體抑制靶標基因的表達【8】。MAFG-NRF2異源二聚體參與NRF2驅動的基因表達，但是MAFG同源二聚體會與MAFG-NRF2競爭，進而抑制NRF2靶標基因的表達【8】。結合Cluster5中的結果發現，在EAE過程中，星形膠質細胞中的NRF2表達量降低而伴隨著MAFG表達升高，促進了中樞神經系統中的炎症反應。

圖2 Cluster5中關鍵調控網絡

之前有研究表明，MAFG通過與DNA甲基轉移酶相互協作限制基因表達【9】。因此，作者們進一步檢測了EAE過程中星形膠質細胞甲基化的變化。通過分析後作者們發現，MAFG驅動的、依賴於MAT2α（Methionine adenosyltransferase IIα）的甲基化的確在EAE過程中發揮著極為重要的作用。另外，由致腦炎T細胞分泌的粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（Granulocyte–macrophage colony-stimulating factor, GM-CSF）信號通路也極大的促進了星形膠質細胞中的病理活性進展。

通過對安樂死病人的與對照組中樞神經系統的解剖樣品進行分析後，作者們發現病人體內的確存在NRF2激活降低、MAFG激活增加、DNA甲基化增加、GM-CSF信號通路以及促炎症反應信號通路的活性的增加的變化。這些結果進一步證明了這些結論的得出並非是由於動物模型中中樞神經系統的區域選擇或樣品質量問題引起的片面性結論。

<strong>總的來說，Francisco J. Quintana研究組的工作從EAE動物模型、原代星形膠質細胞培養以及病人病理性樣品等多種方面發現了多發性硬化症發生過程中，中樞神經系統中星形膠質細胞NRF2表達降低、MAFG表達升高，促進甲基化過程從而限制基因表達、抑制抗炎症因子的轉錄過程。粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子GM-CSF信號通路驅動MAFG、MAT2α以及促炎症因子的轉錄，促進了中樞神經系統EAE的病理性發展，該工作鑑定出了多發性硬化症在臨床治療方面可能的新靶點。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-1999-0

製版人：珂

參考文獻

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5. Macosko, E. Z. et al. Highly Parallel Genome-wide Expression Profiling of Individual Cells Using Nanoliter Droplets. Cell 161, 1202-1214, doi:10.1016/j.cell.2015.05.002 (2015).

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7. Lin, C. C. & Edelson, B. T. New Insights into the Role of IL-1beta in Experimental Autoimmune Encephalomyelitis and Multiple Sclerosis. Journal of immunology (Baltimore, Md. : 1950) 198, 4553-4560, doi:10.4049/jimmunol.1700263 (2017).

8. Katsuoka, F. & Yamamoto, M. Small Maf proteins (MafF, MafG, MafK): History, structure and function. Gene

9. Fang, M., Ou, J., Hutchinson, L. & Green, M. R. The BRAF oncoprotein functions through the transcriptional repressor MAFG to mediate the CpG Island Methylator phenotype. Mol Cell 55, 904-915, doi:10.1016/j.molcel.2014.08.010 (2014).

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