【原】Cells：細(xì)菌性腦部感染影響海馬神經(jīng)發(fā)生

腦聲常談 2023-06-18 發(fā)布于上海

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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(shí)驗(yàn)室Florentia Papastefanaki團(tuán)隊(duì)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(huì)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(bǔ)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(jī)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(duì)成年神經(jīng)發(fā)生的影響。實(shí)驗(yàn)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(duì)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(yàn)證了感染72小時(shí)后處死的存活小鼠大腦中GBS的存在。免疫熒光檢測(cè)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(shí)質(zhì)中檢測(cè)到GBS。接下來探究GBS的存在是否會(huì)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(shí)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(cè)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(duì)受感染小鼠腦部活動(dòng)性炎癥的初步觀察，作者進(jìn)一步檢測(cè)了海馬齒狀回神經(jīng)炎癥的兩個(gè)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(jì)，以及小膠質(zhì)細(xì)胞增生，通過對(duì)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(píng)估，當(dāng)共表達(dá)時(shí)標(biāo)記激活的巨噬細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞。與對(duì)照組相比，注射GBS后熒光沒有明顯變化。此外，還評(píng)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(dòng)物的腦實(shí)質(zhì)中存在T和B細(xì)胞簇，對(duì)照組中并沒有。

圖三 GBS腦部感染對(duì)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(duì)GBS感染的反應(yīng)，在感染后72小時(shí)對(duì)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(píng)估了NSC的增殖。與對(duì)照組相比，GBS感染小鼠的增殖細(xì)胞總數(shù)呈下降趨勢(shì)。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(shí)，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(duì)應(yīng)于快速增殖的轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)增前體細(xì)胞群，在GBS感染的小鼠中明顯減少。同樣，與對(duì)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(cè)降低

作者檢測(cè)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?yàn)樗鼈冊(cè)谥С衷搮^(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(cè)了海馬體損傷（已知會(huì)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(duì)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(shí)數(shù)量顯著減少。

圖五 GBS腦感染對(duì)腦室下區(qū)神經(jīng)源性生態(tài)位的影響

鑒于GBS感染對(duì)SGZ神經(jīng)源性群體的影響，于是作者檢測(cè)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(cè)一組2小時(shí)的細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期的S期時(shí)，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(huì)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)?？傊?，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(duì)疾病發(fā)病機(jī)制的理解。