基质金属蛋白酶9对BBB/BSCB的破坏是肌萎缩侧索硬化症的重要炎性机制

Amyotrophic lateral sclerosis(ALS) is a fatal neurodegenerative disease with some inflammatory mechanisms. By now, it has no effective treatments to cure, no methods to relieve symptoms or prolong survival time. Recent studies have found blood-brain barrier(BBB) and blood-spinal cord barrier（BSCB）breakdown in ALS patients and animals. In our preliminary experiments, we found that matrix metalloproteinase 9 (MMP-9), which has the ability of destroying the BBB/BSCB, could be detected in the brain and spinal cord of SOD1-G93A mouse, especially highly expressed in microglials and vascular endothelial cells. We also observed that inhibition of MMP-9 in SOD1-G93A mouse could relieve the symptoms and protect BBB/BSCB. Another researches suggest that in ALS, MMP-9 is also highly expressed in bone marrow cells. So we would assume that in ALS, bone marrow cells may destroy BBB/BSCB by MMP-9, enter the central nervous system and turn into microglia, then promote motor neuron apoptosis by releasing inflammatory cytokines. The project will further reveal the relationships and interactions among microglia-BBB/BSCB-MMP-9, discover some other inflammatory mechanisms in ALS, and offer a new approach for the treatment of ALS.

肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种具有炎性机制的致死性神经系统变性疾病，目前尚无有效治疗手段。近年来研究发现ALS患者及模型动物中普遍存在血脑屏障（BBB）、血脊髓屏障（BSCB）破坏现象。我们预实验发现具有破坏BBB/BSCB功能的基质金属蛋白酶9（MMP-9）在SOD1-G93A小鼠脑和脊髓组织中增高，主要高表达于小胶质细胞和血管内皮细胞，抑制MMP-9表达可改善症状和BBB/BSCB功能。进一步研究提示，MMP-9在ALS中还高表达于外周骨髓细胞。因此我们设想：ALS中外周骨髓细胞通过高表达MMP-9破坏BBB/BSCB，进入脑和脊髓成为小胶质细胞，释放炎性细胞因子，促发运动神经元凋亡。本项目将进一步揭示小胶质细胞-BBB/BSCB-MMP-9三者间复杂互动的相互关系，深入发现 ALS中的炎症机制，为ALS的治疗提供新的途径。

肌萎缩侧索硬化症（ALS）作为一种致死性神经系统变性疾病，现有的机制研究包括谷氨酸的兴奋毒性、基因突变、氧化应激、神经营养因子缺乏、线粒体功能异常以及神经炎症反应等，针对上述假说所建立的各种治疗方法在人体都没有明显的治疗效果，ALS的发病机制学说仍有待新的突破。本课题着眼于ALS普遍存在的血脑屏障（BBB）/血脊髓屏障（BSCB）破坏现象，以及前期研究发现的MMP-9增高现象，认为小胶质细胞-BBB/BSCB-MMP-9三者间存在因果关联，我们①首先用丰富全面的数据在动物实验层面证实了MMP-9对ALS症状及BBB/BSCB屏障完整性的不利影响。包括免疫组化、电镜、WB等技术，并从正反两个方面（RNAi干扰MMP-9表达前后）说明问题，这是我们整个课题论证的基础。②其次，通过使用流式细胞术及免疫组化检测CD11b和CD45蛋白表达情况，以及结合炎性细胞因子（IL-1β、TNF-α、iNOS）的原位杂交，说明了ALS模型鼠小胶质细胞较多来源于外周骨髓细胞，并是神经系统炎性细胞因子的主要来源。③再次，对正常对照小鼠和SOD1-G93A小鼠交换骨髓移植以及移植入经过MMP-9-RNAi处理的SOD1-G93A小鼠骨髓细胞，实验结果表明，即造成ALS小鼠病理性改变的原因在于外周骨髓细胞的MMP-9的异常表达，它破坏了BBB/BSCB屏障，增加了神经系统内的小胶质细胞和有害的神经炎性反应。④最后，我们在细胞层面上研究了MMP-9产生的分子机制，通过使用特异性NADPH氧化酶抑制剂Apocynin处理和ROS抑制剂tempol处理，可减少SOD1异常高表达的MMP-9含量。验证了我们所设想的MMP-9产生的基因转录途径为：SOD1异常表达↑↑→→细胞NADPH氧化酶↑→→细胞ROS产生↑→→AP-1/NF-κB↑→→MMP-9产生↑。以上结果验证和具体描述了我们之前的小胶质细胞-BBB/BSCB-MMP-9三者间因果关联情况。本研究从一个新的视野，将ALS视为一种全身系统性的疾病，从BBB/BSCB屏障破坏的角度解释了ALS中的神经免疫机制，具有潜在的临床治疗价值。