文摘
肌萎缩性脊髓侧索硬化(ALS)是一种最常发生和严重的运动神经元疾病,导致死亡3 - 5年内从诊断和世界范围内的发病率大约每100000人每年。二十与家庭相关的基因的突变形式的ALS提供了洞察机制导致运动神经元死亡。此外,突变在两个RNA结合蛋白、焦油DNA结合蛋白43和肉瘤融合,提出了扰动的RNA代谢的有趣的可能性,包括小内源性RNA分子,抑制靶基因在转录后的级别,也就是说,小分子核糖核酸,可能导致疾病的发病机理。目前,小胶质细胞的机制积极参与毒性和神经保护行动ALS构成研究的一个重要问题。在通路参与ALS-altered小胶质细胞反应,在以前的作品,我们发现了hyperactivation P2X7受体的细胞外ATP和mir - 125 b的过度表达,都导致控制有毒M1的反应。为了揭示这些过程的复杂性,进一步在这个简短的评论,我们将描述主要小胶质细胞的M1 / M2功能性印记和P2X7所扮演的角色和mir - 125 b在ALS小胶质细胞激活。
1。介绍性的声明
小神经胶质细胞研究中最难的挑战是解码之间的变形两个分歧的/侦查和变形/激活morphologic-functional端点和建立一个生物的权力两种形式之间的联系,反和促炎。这一目标,分子信息变成了万能钥匙在小胶质细胞直接必须做什么,换句话说,如果和如何应对内部或外部刺激与顺向咄咄逼人的炎症或兼容抗炎的行为。一步一步沿着流动的信息指示小胶质细胞在“正确”的事情,了解的激活受体感应环境将细胞外刺激转换为一个细胞内信号肯定似乎是重要的。在这方面,P2X7受体激活细胞外ATP拥有的特权地位。细胞外ATP不仅是一种进化的原始前体的化学传输和无处不在的细胞间通信代理,而且主要的内源性小胶质细胞报警信号。此外,P2X7小胶质细胞中高度表达,参与炎症反应,具有双重营养和抗炎或有毒和促炎的功能。调节小胶质细胞外ATP P2X7,小分子核糖核酸,其中特别是mir - 125 b,最近成为受体信号的关键调节器和功能性小胶质细胞在基底中作出的承诺或肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)诱发炎症条件。在这项工作中,我们将描述主要小胶质细胞的M1 / M2功能性印记的范式pro /抗炎功能和P2X7所扮演的角色和mir - 125 b在ALS小胶质细胞激活。
2。ALS的基本特征
手段罕见疾病ALS是发生最频繁和严重形式的进步上下运动神经元疾病,导致死亡3 - 5年内诊断(1,2),在全球范围内发病率每100000人每年2 ~3),到目前为止没有任何治疗治疗。突变中的超氧化物歧化酶1 (SOD1)SOD1基因编码表达酶[4- - - - - -6)负责大约四分之一的遗传疾病病例。额外的基因突变在20多个,其中最常见的C9ORF72,焦油DNA结合蛋白43 (TARDPB)和熔融肉瘤(付),与家族有关形式的肌萎缩性侧索硬化症,约占10 - 15%的ALS的情况下,提供洞察复杂的遗传机制,导致运动神经元死亡6]。值得注意的是,老鼠表达人类SOD1突变蛋白概括ALS的大多数的关键特性,由运动神经元变性和降低寿命,是最利用动物模型研究疾病的发病机理(7]。
ALS的特点包括基因组不稳定性、表观遗传改变,细胞衰老,干细胞疲惫与降低组织再生潜能,管制nutrient-sensing,线粒体功能障碍和氧化应激,proteostasis损失包括自噬缺陷,改变细胞间的沟通会,持续和中央神经炎症小胶质细胞/巨噬细胞和星形胶质细胞8]。最近进步而且认识到所有类型的神经胶质的共谋和炎症细胞在外围和中心水平的确会导致危害和损害运动神经元函数(9,10]。这在一定程度上解释了multigenic、多系统、多因子的,non-cell-autonomous ALS的性质。
共同同意解释ALS的致病机制包括释放促炎因子和有毒的代理和提示激活的胶质细胞,整体最终到运动神经元损伤。因为细胞外ATP激活purinergic P2尤其是P2X7受体亚型(11]构成铅neuron-to-microglia报警信号,purinergic受体信号的作用已经突出显示(ALS神经炎症12,13]。P2X7,在淋巴细胞和肥大细胞发现以来,一直主要涉及interleukin-1等的处理和释放细胞因子β(il - 1β)和参与神经炎症和免疫,以及启动细胞死亡的凋亡,坏死和自噬机制(14]。最近的研究提供了证据表明,调制小胶质细胞通过P2X7也构成了小说通路参与ALS进展(15- - - - - -19]。此外,艳蓝G,不集中渗透和低亲和力P2X7拮抗剂,是可以减少microgliosis但不是astrocytosis腰椎脊髓,调节炎症基因如核转录因子k B (NF-kB), NADPH氧化酶2 (NOX2), il - 1β,白细胞介素- 10”(il - 10)和脑衍生神经营养因子(BDNF),以提高运动神经元生存,并诱发稍微延迟ALS疾病发病与温和改善的一般条件和运动性能,当提供给SOD1-G93A老鼠从末preonset [20.]。总的来说,这些发现表明,P2X7可能ALS发病的易感性或修改目标。
3所示。小胶质细胞的可塑性
因为他们发现近一个世纪前由del Rio Hortega,小胶质细胞构成大约10 - 15%的细胞位于大脑和脊髓的国防第一和主要形式在中枢神经系统,负责体内平衡维护(21]。这一目标与周围巨噬细胞,小胶质细胞已经开发出一种时空上的严格监管机制符合细胞外环境,成为极其敏感甚至最小的生理扰动及其周边地区(或通用的危险信号22]。虽然小胶质细胞的基本稳定状态是宽容,prohomeostatic,和侦查环境,另一方面没有迹象表明神经损伤可能发生没有激活的小胶质细胞。因此,小胶质细胞神经压力的主要反应是快速收缩的过程和从分歧的/侦查逐渐过渡到一个更变形macrophage-like吞噬细胞。只调查需求,这种转变的复杂性已经简化,分为一个刻板的过程,基本上两个形态结束表型:分歧的/侦查和变形/激活,经常与迁徙行为和/或增殖的细胞(23]。相应的功能范围,小胶质细胞活动可以分为古典促炎和神经毒性表型,称为M1,和另一种抗炎M2表型参与炎症的决议,吞噬作用和组织修复24]。这些被认为是广泛的两个端点的规模小胶质细胞反应,连续光谱的功能异质性。通常M1-like小胶质细胞表达il - 1β白细胞介素- 6 (il - 6)、肿瘤坏死因子α(肿瘤坏死因子α),一氧化氮合酶2 (NOS2)和CD16/32而M2-like小胶质细胞表达低水平的这些标记,但高水平的il - 10, BDNF, Arginase-1 (__arg1)和甘露糖受体C, 1型(MRC-1) [25]。有趣的是,小胶质细胞的表型身份也年龄相关性,但可以确定的是,这些细胞也不是完全致力于M1或M2表型在新生和成年老鼠。例如,在产后早期中枢神经系统,小胶质细胞表达M1标记伊诺和肿瘤坏死因子等α也表达了M2标记__arg1 [26]。这种模式老老鼠和小胶质细胞的变化似乎致力于更强的M1表型水平较高的促炎的il - 1β和il - 6 mRNA比观察,例如,在12个月的年龄26]。小胶质细胞的参与ALS发病机制已经彻底调查复杂的实验中SOD1突变表达在特定的细胞表型。源自这些研究的主要结论是,一些神经递质可以控制神经炎症和神经毒性变异SOD1的活化的小胶质细胞和小胶质细胞不发起运动神经元退化,而是加速疾病进展(27- - - - - -29日]。在老化SOD1 overexpressing ALS老鼠,患病率M1-like小胶质细胞确实观察到,而且神经毒性体外(30.]。然而,体内/体外证据关于小胶质细胞M1有害或M2保护,仅仅是基于形态学标记和组织化学染色相关性研究的限制,而不是站在一个坚实的基础。附加信息是绝对需要解释这些细胞的激活大脑,特别是他们在肌萎缩性侧索硬化症中的作用。
4所示。小胶质细胞和巨噬细胞
炎症因素的不同组合已知能够极化激活小胶质细胞成各种状态的表征然而仍在审查(31日]。体外研究决定,例如,一个环境由炎性刺激,如脂多糖(LPS)和干扰素-γ(干扰素γ),有利于对M1极化效应细胞,而抗炎细胞因子等interleukin-4 (il - 4)使M2保护表型(32]。然而,仍然有很多值得了解的分子机制调节小胶质细胞可塑性在这些不同的激活状态33]。为了理解小胶质细胞反应时间的组合M1和M2炎性刺激而且建立潜在歧视性中央小胶质细胞和周围巨噬细胞之间的差异,我们利用一个体外协议基于腹膜巨噬细胞炎症极化梯度的响应性(34,35]。这个协议生成一个梯度五极性表型。特别是,促炎的刺激是用来区分细胞M1表现型(状态1),而抗炎刺激是用来区分成M2(4)状态。两者的结合M1和M2刺激然后被用来区分小胶质细胞成一个中间M1 / M2极化表型(3)状态。最后,研究了极性切换M1和M2,小胶质细胞与抗炎刺激,刺激首先洗,然后与促炎症的刺激,反之亦然。
类似于腹膜巨噬细胞,我们报告主要小胶质细胞可以分化成M1-like表型特点是高TNFα和低MRC-1表达式,当暴露在炎症刺激有限合伙人(M1 /状态1,数据1(一)- - - - - -1 (c))。同样,小胶质细胞极化对一个M2-like表型低肿瘤坏死因子的特征α高MRC-1水平,当暴露在抗炎细胞因子il - 4 (M2 /状态5,图1(一)- - - - - -1 (c))。令人惊讶的是,与周围巨噬细胞能够可逆地和动态摇摆在不同体外激活状态(34),加入il - 4惨败后有限合伙人(M2 > M1 /状态2,数字1(一)- - - - - -1 (c))或有限合伙人冲刷后il - 4 (M1 /状态4的数字1(一)- - - - - -1 (c))不能抵消M2 (TNF较低α和高MRC-1表达式)或M1 (TNFα和低MRC-1表达式)承诺最初引起小胶质细胞体外的。最后,同时有限合伙人促炎和抗炎il - 4 (M1 > M2 /状态3、数字1(一)- - - - - -1 (c))指导小胶质细胞向优势M1表型,而这个条件是已知诱导混合M1 / M2表型在腹膜巨噬细胞34]。因此,不同于外围M1和M2巨噬细胞在最初引起表型可以可逆地,分别重定向到一个平方米或M1激活状态,分别由il - 4或有限合伙人(34),主要小胶质细胞进行不可逆赞成或抗炎“印记”一旦被质疑,首先M1和M2分别炎症刺激。换句话说,中央小胶质细胞容易出现低于周围巨噬细胞表型重定向。这些发现与以前的结果一致表明刺激小胶质细胞与il - 4有限合伙人之前防止LPS-mediated抑制小胶质神经保护作用和神经毒性因子的释放36,37]。此外,他们提出了一个问题,动力学和多功能性的小胶质细胞参与到一个特定的功能表型,最重要的是他们可能有助于解释为什么microglia-targeted抗炎治疗到目前为止未能在肌萎缩性侧索硬化症。
(一)
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5。在ALS microrna - 125 b
小分子核糖核酸(microrna)、内源性小RNA分子已成为目标的关键调节基因表达在转录后的级别(38),像fine-tuners在控制不同的生物过程在分子,细胞和组织水平,包括大脑的功能。在中枢神经系统中,多达30%的microrna的表达谱差异存在神经元、少突胶质细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞,从而解释了为什么特异性调节microrna的水平可以很容易地导致编排复杂的网络交互调节大脑功能(39]。特别是,microrna也适合使用区分例如大脑居民小胶质细胞浸润的单核细胞/巨噬细胞或不同的活化的小胶质细胞(40,41)因此成为潜在生物标志物和分子在神经炎症和神经退行性变的目标。毫不奇怪,microrna失调也都建立在肌萎缩性侧索硬化症(42,43),在过去的几年里,一些作品展示选定的microrna的表达变化相关家族和零星病例(44- - - - - -53]。此外,执行与SOD1-G93A小鼠模型的研究揭示了特定的角色microrna在肌萎缩性侧索硬化症52- - - - - -54),打开microrna的目标作为一个新的可能的机会治疗肌萎缩性侧索硬化症(54- - - - - -56]。
在以前的工作中,我们相比microrna转录剖析nontransgenic ALS在静止条件下小神经胶质细胞和炎症激活诱导后细胞外ATP通过P2X7受体,通过识别的upregulation immune-enriched miR-22, mir - 155, mir - 125 b, mir - 146 b在ALS小胶质细胞。此外,我们证明了mir - 125 b增加肿瘤坏死因子α转录干扰STAT3通路。如把肿瘤坏死因子α移植mir - 125 b和mir - 125 b降低TNF抑制剂α表达水平,我们承认mir - 125 b的感应是恶性网关最终异常的肿瘤坏死因子α释放(18]。此外,我们已经建立了一个mir - 125 b和表达A20蛋白质之间的相互作用调制的古典NF -κ在小胶质细胞B信号持续。在ALS,古典NF -κB途径确实是已知的与持久的小胶质细胞激活和运动神经元损伤57),但负控制机制的NF -κB活动仍然是未知的。的主要参与者之一终止古典NF -κB通路ubiquitin-editing酶表达A20,公认的抗炎作用。特别是,我们之前的工作强调,mir - 125 b由终止A20活动增强和延长了有毒激活NF -κP2X7 B引起刺激,运动神经元生存有害的后果。一致,mir - 125 b抑制通过恢复A20水平可以保护运动神经元(19]。总的来说,这些结果加强microrna在调节炎症基因的影响与ALS和识别mir - 125 b作为一个关键中介小胶质细胞动力学和致病机制的疾病。
5.1。P2X7 -和mir - 125 b依赖监管ALS小胶质细胞的促炎和抗炎介质
一些危险的信号和内源性触发器,其中细胞外ATP P2X7行事,已知为致病性ALS小胶质细胞的炎性反应。特别是P2X7被发现增加活化的小胶质细胞的ALS患者(58),其选择性激活受体激动剂2′3′- o - (benzoyl-benzoyl) ATP (BzATP)主要小胶质细胞分离SOD1-G93A老鼠大脑诱发形态转变,提高肿瘤坏死因子等促炎介质的生产α和影响cyclooxygenase-2 (COX2)、NOX2 Rac1, ERK1/2 p38和NF-kB激活(15,16,19]。为了扩大我们的知识在ALS P2X7神经炎症的作用,所产生的抑制作用mir - 125 b抑制促炎标记生产和后续改善运动神经元生存18,19),我们的表达分析摘要意思β基因转录后BzATP挑战。摘要意思的表达β信使rna BzATP引起的时间,最大限度地在两小时内(数据未显示)显著降低在mir - 125 b抑制剂的存在(图2(一个))。这些数据符合我们之前的结果肿瘤坏死因子α和NOX2表达式显示的最大压制效果mir - 125 b抑制剂获得感应这些相同的峰值的促炎M1标记(19]。摘要意思β与肿瘤坏死因子α,NOX2,和其他几个基因NF-kB响应基因(59]。因此,肿瘤坏死因子α,我们不排除的监管摘要意思β表达式由mir - 125 b可能取决于NF-kB规范的监管途径mir - 125 - b之前建立的,例如,在小胶质细胞(19)和淋巴瘤b细胞(60]。
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(d)
由于小胶质细胞的表型复杂性,M1 / M2范式只是假定作为传统的广义模型来定义功能表型,然而的局限性几个标记分类M1和M2作为描述特定的州而不是可以发现调制M1和M2刺激。例如,尽管细胞因子il - 10的表达和interleukin-4受体(IL-4R)被认为是一个标志的小胶质细胞抗炎M2表型,il - 10和IL-4R也可以引起炎症刺激如有限合伙人、也许是一个反馈机制抑制旺盛的免疫反应(36,61年]。为了获得进一步洞察P2X7激活的小胶质细胞反应和更深层次的描述mir - 125 b的作用在小胶质细胞激活,我们评估的表达M2标记SOD1-G93A小胶质细胞。IL-4R基因表达是基本小胶质细胞反应il - 4和转换到一个运动神经元保护/ M2表型(62年]。我们因此测量IL-4R mRNA水平BzATP和mir - 125 b有或没有抑制作用。我们的结果(图2 (b))表明,而IL-4R mRNA的内容几乎检测不到SOD1-G93A小胶质细胞,这是独立于BzATP治疗,mir - 125 b抑制剂的存在能够调节两种本构和BzATP-challenged IL-4R水平。在相同的条件下,我们惊人的显示BzATP __arg1 mRNA的表达水平提高后24 h,而mir - 125 b抑制再次大幅上调__arg1信使rna的存在与否BzATP(图2 (c))。这也证实了野生型细胞(数据未显示)。始终与先前发现的感应IL-4R由有限合伙人(61年),我们也因此证明BzATP等炎性刺激能够引起典型的M2的内容在ALS小胶质细胞标记。然而,有限合伙人和BzATP显然可以区分不同M2之间的调解人。此外,尽管BzATP失败在刺激BDNF mRNA水平SOD1-G93A小胶质细胞,mir - 125 b抑制也能显著调节脑源性神经营养因子,存在与否的BzATP(图2 (d))。这些结果可能会进一步解释有利影响施加在SOD1-G93A mir - 125 b抑制小胶质细胞和神经元生存,因此这表明神经保护作用所mir - 125 b抑制可能不仅取决于有毒介质其中il - 1的抑制β(图2(一个))、肿瘤坏死因子α,NOX2 [19),但也直接刺激的M2参数如IL4R __arg1, BDNF在脊髓小胶质细胞。
6。感应的BDNF A20-Dependent mir - 125 b抑制
在小胶质细胞反应的复杂性,一些转录因子其中NF-kB参与M1和M2监管(63年]。NF -κB家族转录因子包括五个蛋白质,p65 (RelA) RelB,:,施敏原著/ p50 (NF -κB1),和p100/52 (NF -κB2)的组合形成不同的转录活跃homo和heterodimeric复合物创建一个复杂的系统来控制炎症反应(64年,65年]。而p65 / p50二聚体被认为是主M1基因的激活,NF的积累κB p50和转录监管p50的形成为似乎发挥重要作用在解决炎症通过增强M2因子(66年- - - - - -71年]。此外,虽然p52 / RelB二聚体的作用造成所谓的经典之中的激活方式仍然是难以捉摸的,研究RelB-deficient老鼠和p52 il - 10启动子结合的能力也为这个途径[显示抗炎作用57,72年,73年]。A20蛋白质是规范化的主负面反馈调节器NF-kB信号(74年,75年)和最近强调NF-kB家庭的广泛的监管机构,由于其积极的行动也不在经典里的途径(76年]。随着脑源性神经营养因子启动子功能网站认可NF-kB家庭成员(77年)和mir - 125 b在SOD1-G93A控制蛋白质表达A20报道,小胶质细胞(19],然后问mir - 125 b的机制抑制增强M2标记和特别是BDNF和__arg1可以依赖A20 NF-kB组件上的表演。如图2 (d)显示,在缺乏表达A20我们发现mir - 125 b抑制未能刺激BDNF(但不是__arg1)生产,因此建议潜在的存在mir - 125 - b - A20 nf - kb - BDNF轴。通过加强这一假说,沉默表达A20不恢复__arg1 mir - 125 - b的过度抑制(图2 (c)),也许是因为__arg1转录不受NF-kB而闻名。此外,缺乏表达A20沉默影响__arg1感应也建议过__arg1与小胶质A20对运动神经元的保护作用。在这方面,一个潜在的神经保护作用P2X7将可能不是由__arg1表达式。
7所示。结论和观点
尽管小胶质细胞被归类为常驻巨噬细胞的中枢神经系统在一定程度上与他们分享的形状和功能,一些证据提示从周围巨噬细胞歧视他们,例如,在免疫调节反应的强度和塑性。我们的工作表明,大脑小胶质细胞在初级文化进行优惠M1和M2和不可逆转的印记,一旦挑战,分别和M1和M2炎症刺激,这个特性有助于区分小胶质细胞和巨噬细胞。而且我们已经证明SOD1-G93A P2X7受体的激活小胶质细胞令人惊讶的不只是刺激常见M1标记还增加了M2参数__arg1 [15,16,20.]。这将证实的假设的确P2X7受体可能参与不仅在ALS不良行为,而且在microglia-dependent神经保护(17,78年,79年),从而维持P2X7的贡献不仅在解决炎症巨噬细胞和其积极参与释放促炎细胞因子(78年]。因此,我们相信,一个更好的理解的分子通路,以及时间、负责小胶质细胞的功能印记可以帮助选择microglia-targeted疗法在疾病更有效。例如,仍然没有有效治疗ALS和持久和有效的治疗方案来预防病理ALS后遗症是急需的。一方面,它现在清楚的是,失调的小胶质细胞对神经元的反应伤害强烈导致ALS病理学和小胶质细胞参与疾病的发展加剧了中央炎症机制其中P2X7激活。另一方面,在过去的几年里几个microrna成为重要的工具在微调细胞行为的监管与ALS。异常的microrna的表达相关的神经元功能不断被报道在脊髓液中,额叶皮质,和家族和零星的ALS患者的血清,microrna的活动已被证明是必不可少的长期生存的运动神经元以及小胶质细胞反应。实际上,microrna现在被认为是潜在的治疗靶点和生物标志物在肌萎缩性侧索硬化症、神经退化和神经炎症,识别microrna在工作在这个疾病比以往任何时候都重要。特别是,我们也证明,mir - 125 b抑制剂刺激IL4R M2标记的表达,__arg1、比抑制M1和BDNF,其他参数建立在以前的工作(18,19),从而增强促炎作用,例如,mir - 125 b的肌萎缩性侧索硬化症。
总的来说,我们可以得出结论,一个微妙的平衡的时间和力量促炎与抗炎剂可以印小胶质细胞对毒性或保护,运动神经元生存,或细胞死亡在肌萎缩性侧索硬化症。到目前为止我们已经建立了积极参与P2X7和mir - 125 b的小胶质细胞的炎症反应;进一步的工作将告诉我们什么时候以及如何操纵这些相同的路径,以改善他们的治疗角度对肌萎缩性侧索硬化症。
缩写
| 肌萎缩性侧索硬化症: | 肌萎缩性脊髓侧索硬化症 |
| __arg1: | Arginase-1 |
| 脑源性神经营养因子: | 脑衍生神经营养因子 |
| BzATP: | (2′3′- o) - Benzoyl-benzoyl ATP |
| 干扰素γ: | 干扰素-γ |
| il - 1β: | Interleukin-1β |
| il - 4: | Interleukin-4 |
| IL-4R: | Interleukin-4受体 |
| il - 6: | 白细胞介素- 6 |
| il - 10: | 白细胞介素- 10” |
| NF-kB: | 核因子k B |
| 有限合伙人: | 脂多糖 |
| microrna的: | 微 |
| MRC-1: | 甘露糖受体C, 1型 |
| NOS2: | 一氧化氮合酶2 |
| NOX2: | NADPH氧化酶2 |
| SOD1: | 超氧化物歧化酶1 |
| 肿瘤坏死因子α: | 肿瘤坏死因子α。 |
相互竞争的利益
作者声明没有竞争的经济利益。
确认
作者感谢成本行动BM1406授予一个短期的科学使命Chiara帕里。这项研究是由意大利部教育、大学和研究框架的旗舰项目NanoMAX B81J13000310005和AriSLA授予Path-for-ALS Cinzia幻想,由AriSLA Chiara Parisi授予哺乳动物,祝您健康研究所卡洛斯III-Fondo Europeo de Desarrollo区域PI13/00174和欧洲研究理事会erc - 2013齿轮614578 -巴勃罗Pelegrin。Cinzia幻想和巴勃罗Pelegrin承认BM1406成本网络支持的行动。