山東大學基礎醫(yī)學院的研究團隊近日發(fā)現，Smek1在中樞神經系統(tǒng)脫髓鞘疾病中發(fā)揮保護作用。這項發(fā)表在《Journal of Neuroinflammation》上的成果拓寬了我們對自身免疫性脫髓鞘疾病發(fā)病所涉及到的遺傳因素的了解。
 

近年來，中樞神經系統(tǒng)脫髓鞘疾病的發(fā)病率呈逐年升高趨勢，嚴重影響患者的生活質量。臨床上較常見的脫髓鞘疾病包括多發(fā)性硬化癥和視神經脊髓炎等。實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）是多發(fā)性硬化癥（MS）的一種動物疾病模型，其特征是免疫系統(tǒng)和中樞神經系統(tǒng)的異常免疫功能引起脫髓鞘。

目前，尚不清楚遺傳因素如何促成了MS和EAE中的神經炎癥。SMEK1是蛋白磷酸酶4（PP4）的調節(jié)亞基，可調節(jié)PP4催化亞基的活性，通過未知機制導致其目標底物的去磷酸化。在這項研究中，研究人員探究了SMEK1的部分功能缺失如何導致MS和EAE的發(fā)生。

Smek1缺乏導致EAE模型的癥狀更嚴重
研究人員先構建了Smek1條件性基因敲除小鼠（Smek1 flox小鼠由賽業(yè)生物提供）。為了研究Smek1在自身免疫性脫髓鞘中的作用，他們用髓鞘少突膠質細胞糖蛋白（MOG）35-55肽段在Smek1-/+小鼠（雜合的Smek1條件性基因敲除小鼠）和野生型小鼠中建立了EAE模型，并記錄了其臨床癥狀。實驗數據表明，EAE小鼠中Smek1的雜合性導致炎癥浸潤增加和嚴重的病理損傷。

Smek1雜合性促進小膠質細胞和巨噬細胞激活
研究人員假設，Smek1的雜合表達可能足以促進小膠質細胞的激活并介導神經炎癥。后續(xù)的實驗證實了這一點。與野生型小鼠相比，Smek1-/+ EAE小鼠顯示出數量更多且染色強度更高的活化小膠質細胞。人小膠質細胞系 HMO6的Smek1基因敲除和過表達實驗也證實，Smek1的缺乏導致小膠質細胞的激活和IL-1β的釋放。

之后，通過單細胞轉錄組分析，小鼠小膠質細胞被分為四個群體。大多數野生型細胞集中在cluster 0和1，而Smek1-/-細胞主要出現在cluster 2和3。同時，Smek1-/- cluster 3中IL-1β的表達水平高于野生型（圖1）。這表明，Smek1-/-小鼠的中樞神經系統(tǒng)中存在預激活和促炎的小膠質細胞。
 

圖1. 小膠質細胞可分為四個細胞簇

與此同時，他們還在cluster 3中發(fā)現了一種新的Csf1+小膠質細胞（圖2），Csf1是髓系細胞發(fā)育的關鍵調節(jié)因子，支持不同的小膠質細胞亞群。Smek1-/-小鼠中的Csf1+ 小膠質細胞高水平表達IL-1β和趨化因子，表明在Smek1部分或完全喪失功能的情況下，這種新的細胞可能具有預激活表型，從而導致神經炎癥。
 

圖2. Smek1缺陷小鼠中樞神經系統(tǒng)中出現Csf1+小膠質細胞

由于小膠質細胞來源于卵黃囊巨噬細胞，而它也可以分化成外周巨噬細胞，研究人員假設Smek1-/+巨噬細胞也導致了神經炎癥。他們發(fā)現，Smek1雜合子外周中的F4/80+ IL-1β+巨噬細胞比例升高，且脾臟中巨噬細胞IL-1β熒光強度升高。后續(xù)分析表明，Smek1-/+巨噬細胞也在“靜息”狀態(tài)下被預激活，并過表達IL-1β導致炎癥發(fā)生。

Smek1通過調節(jié)IDO1-AhR通路來維持免疫抑制功能
由于髓鞘中CD4+ 輔助性T細胞的活化對MS的發(fā)病至關重要，他們接下來分析了CD4+ T細胞是否參與了Smek1-/+小鼠的EAE惡化。他們發(fā)現，Smek1-/+小鼠的Th1細胞分泌的IFN-γ低于對照小鼠，同時吲哚胺2,3-雙加氧酶1 （IDO1）的表達水平也下調。這些結果表明，當Smek1部分缺失時，Th1細胞在活化后下調IFN-γ，并通過IFN-γ/STAT1軸來抑制IDO1的表達。之前的證據表明，IFN-γ在EAE中發(fā)揮有益作用，因此IFN-γ降低可能是疾病發(fā)展的風險因素。

此外，他們還發(fā)現，IDO1活性降低導致AhR核易位功能障礙，Smek1-/+ EAE小鼠脊髓細胞中的AhR信號降低。AhR是IL-10的陽性轉錄因子，而IL-10可抑制炎癥反應。在分析EAE小鼠的IL-10表達后，他們發(fā)現Smek1-/+小鼠的臨床評分與IL-10水平呈負相關，而且在小鼠脾臟和淋巴結Th2細胞中檢測到IL-10水平降低。這些結果表明，IDO1-AhR通路的下調破壞了Smek1-/+小鼠髓系細胞的免疫抑制，與Smek1-/+ EAE小鼠的臨床癥狀惡化密切相關（圖3）。
 

圖3. EAE發(fā)病機理的示意圖

總結
作者認為，Smek1通過介導小膠質細胞預激活在維持小膠質細胞穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著關鍵作用。多發(fā)性硬化癥患者的外周血單核細胞和腦組織中的Smek1均下調。因此，Smek1的減少（與Smek1雜合性類似）可能作為一個敏感的因素，在其他遺傳或環(huán)境因素的共同作用下導致中樞神經系統(tǒng)自身免疫性疾病。因此，Smek1也許可作為一個靶點，來開發(fā)多發(fā)性硬化癥的早期干預治療。

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原文檢索：
Duan, RN., Yang, CL., Du, T. et al. Smek1 deficiency exacerbates experimental autoimmune encephalomyelitis by activating proinflammatory microglia and suppressing the IDO1-AhR pathway. J Neuroinflammation 18, 145 (2021). https://doi.org/10.1186/s12974-021-02193-0

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