周泉，中国人民解放军南部战区总医院基础医学实验室主管技师，毕业于军事科学院军事医学研究院生物化学与分子生物学专业。研究方向为临床蛋白质组学与代谢组学、生物质谱方法优化、肿瘤致病机制及肿瘤相关标志物鉴定等。主持基金3项，以第一作者及通讯作者发表SCI论文4篇。现为广东省医学会医学科研实验室建设与管理学分会实验技术学组副组长。

 

1.引言

路易体痴呆症（Lewy body dementia，LBD）包括两种以大脑中α-突触核蛋白异常沉积为特征的疾病：路易体痴呆（dementia with Lewy bodies，DLB）和帕金森痴呆（Parkinson’s disease dementia，PDD）。最近的研究表明，适应性免疫系统在路易体痴呆症发病过程中有一定的作用。然而，在LBD中调节T细胞脑归巢的机制尚不清楚。2021年10月，美国斯坦福大学Tony Wyss-Coray、西北大学David Gate等研究人员共同在 Science 杂志发表了相关研究成果，该研究表明了CD4+ Th17 细胞参与了路易体痴呆症（LBD）的神经元退化过程。

 2.研究的技术方法及路线

 

 

3.主要结论

1）PDD 和 LBD 受试者的神经变性增加

研究者分析了健康老年对照（n=162）和临床 DLB 和 PD 患者（PD-DLB：n=148）组成的多个队列。蒙特利尔认知评估分数表明 PD-DLB 受试者的认知降低。此外，脑脊液 (CSF) 的蛋白质组学分析表明神经丝轻链（NEFL：反映多种神经系统疾病中的神经元损伤）水平增加。进一步将PD患者分为 PD-非认知障碍 (PD-NCI) 或 PDD（有认知障碍和痴呆症的患者），结果表明与健康受试者相比，PDD和 DLB的患者的认知评分比PD-NCI 患者更低。

 

图1：PDD 和 LBD 受试者的神经变性增加

 

2）T 细胞定位到 LBD 大脑中，靠近 α-突触核蛋白沉积物

通过免疫组织化学检测患者死后黑质中的 T 细胞。研究表明PDD 和 DLB 大脑的黑质中CD3+ T 细胞靠近被多巴胺酶酪氨酸羟化酶 (TH) 标记的神经元突起（图 2A）。与对照（非神经系统疾病）相比，LBD 中 CD3+ T 细胞数量较多（图 2B）。检测结果进一步表明 CD3+ T 细胞与 LBD 大脑中的α-突触核蛋白沉积物相邻（图 2C）。

 图2：T 细胞定位 LBD 大脑中，靠近α-突触核蛋白沉积物

 

3）CXCR4 在 LBD CSF 中的 CD4+ T 细胞中上调

研究者进一步对来自患者（n=11）以及健康对照（n=11）脑脊液中分离出来的细胞进行单细胞转录测序，结果表明转录水平改变最大的免疫细胞亚型是CD4+ T 细胞（图 3C）。差异表达的基因包括JAK1、CD69、CXCR4（图 3D）。对含有 CXCR4 的信号通路分析表明，患者CD4+ T细胞的代谢和催化活性以及对细胞因子的应激发生了改变。此外，scTCR-seq 数据表明，患者KLRB1的表达更高（图3E、3F、3G），这是Th17产生记忆 CD4+ T细胞的标志物。进一步研究表明，CD3+KLRB1+ T 细胞定位在大脑磷酸化的 α-突触核蛋白聚集体中，表明LBD可能与促炎性 CD4+ Th17 细胞的激活增强有关。

图3：上调的 CXCR4 区分 PD-DLB 中的 CD4+ T 细胞

 

4）CXCR4 配体 CXCL12 与 LBD 的神经变性有关

对患者脑脊膜进行免疫组化，研究者确认了大脑中的T细胞可表达CXCR4，且CXCR4 的配体CXCL12定位于脑脊膜的 CD3+ CXCR4+ 细胞中。免疫染色实验表明CD3+ T 细胞位于邻近 CXCL12+ 血管的血管周围空间（图 4A）。通过对PD患者（n = 79）以及健康对照（n = 84）脑脊液中的CXCL12表达水平进行比较，研究者发现，帕金森（PD）患者脑脊液中的CXCL12表达水平较高，且CXCL12水平与 PDD 患者中的神经退行性标志物NEFL表达水平高度相关，提示CXCR4-CXCL12 信号传导与 LBD 中的神经变性有关。

 

图4：CXCL12 与 LBD 的神经变性有关

 

5）CXCR4 区分 CSF 特有的 CD4+ T 细胞

研究者进一步通过单细胞转录组测序比较外周血PBMC和 CSF 的 CD4+ T 细胞（图 5A）。研究发现了CSF 独有的 CD4+ T 细胞群（图 5B）。该群细胞同对照相比，在患者中上调 CXCR4、CD69 和 TSC22D3基因（图 5D）。个体受试者的 CSF 独特的 CD4+ T 细胞基因表达定量也表明患者中 CXCR4 和 CD69 基因上调（图 5E）。因此，CXCR4 可以调节 CD4+ T 细胞向 LBD 大脑的归巢。

图5：CXCR4 区分 LBD 中脑脊液特有的 CD4+ T 细胞

 

6）α-突触核蛋白刺激驱动 T 细胞克隆扩增和激活

由于LBD 大脑中 T 细胞靠近 α-突触核蛋白，研究者进一步研究 α-突触核蛋白是否可以驱动 T 细胞克隆扩增和激活。研究者将健康 (n=32) 和 PD (n=53) 受试者的 PBMC 与八种抗原性 α-突触核蛋白肽池一起孵育，并使用 HLA-DR 和 CD38 的共表达通过流式细胞术测量 CD3+ T 细胞的活化。结果表明 PD 患者体内中存在较高的外周 T 细胞活化基线水平，α-突触核蛋白肽库刺激后T 细胞活化水平更高。进一步研究者通过在两名 PD 患者中使用单个 α-突触核蛋白肽测量受试者的 T 细胞活化确定了 T 细胞被肽 DNEAYEMPSEEGYQD 激活，该肽在氨基酸位置 129 处含有磷酸化丝氨酸残基（图 6A、6B）。 HLA-DR+CD38+CD4+T细胞响应肽刺激而上调CXCR4（图6C）。受刺激的 T 细胞的ACTG1 、ACTB（调节抗原依赖性 T 细胞活化的细胞骨架控制 ）和MKI67 （细胞增殖相关基因） 的表达增加（图 6D）。

图6：α-突触核蛋白刺激驱动 T 细胞克隆扩增和激活

 

7）Th17 细胞参与 LBD 神经元变性

研究发现α-突触核蛋白表面的多肽处理PD患者的PBMC后，IL17A的表达水平更高（图 7D）。IL17A 编码促炎细胞因子 IL-17，由 Th17 细胞分泌。为了确定表达 IL17A 的细胞是否被克隆扩增，研究者对受刺激和未受刺激的细胞进行了 scTCR-seq。tSNE 热图绘制 IL17A 表达及受试者中鉴定出克隆扩增的 TCR（克隆型）（图 7E）。结果表明在 PDD 黑质中存在 CD4+IL-17A+ T 细胞，这些细胞与 TH+IL-17A+ 神经元相邻（图 7F），且在LBD 大脑中检测到更高水平的 IL-17A 免疫反应性（图 7G）。

 

图7：α-突触核蛋白刺激LBD T细胞促进IL-17A表达

  

4.总结

研究人员在路易体痴呆症（LBD）患者死后的大脑中观察到邻近路易体和多巴胺能神经元的T细胞。脑脊液（CSF）的单细胞RNA测序发现LBD中CD4+ T 细胞的 CXCR4 表达上调。CSF 中CXCR4配体CXCL12 的蛋白水平与LBD的神经轴损伤有关。此外，研究人员观察到磷酸化α-突触蛋白表位刺激的 CD4+ T细胞的克隆扩展和IL17A 的表达上调。因此，CXCR4-CXCL12信号可作为靶点来帮助抑制T细胞的转运过程产生病理性的白介素-17。

 

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34648304/ (Science，IF=IF=41.845）