共刺激分子PD-1调控小胶质细胞/巨噬细胞极化参与弓形虫脑炎的作用机制

Microglia appear to be major effector cells in the preventing proliferation of Toxoplasma gondii (T. gondii) tachyzoites in the brain, and their subsets M1 and M2 play pro-inflammatory and anti-inflammatory roles, respectively. Programmed cell death-1（PD-1) was verified to involve in various infectious diseases, and is able to induce the polarization of macrophages/microglia. Howerver, the role of PD-1 in T. gondii infection remains unclear. Our previous research showed that, microglia/macrophages were activated in chronic toxoplasmic encephalitis, and the expression of PD1 in microglia / macrophages was elevated along with M1 activation marker iNOS, then both of them declined after peaked, whereas, the expression of M2 activation marker Arginase-1 was elevated when PD1 and iNOS decreased. Therefore, we hypothesized that PD-1 may participat in toxoplasmic encephalitis by regulating polarization of microglia/macrophages. We plan to study the impact of PD-1 in polarization of microglia / macrophages and the role in immunopathogenesis of toxoplasmic encephalitis by both PD-1 knockout-mice and knockout-cells models, and using gene chip technology to investigate the possible regulatory mechanism. Our study will provide new insights into illuminating the pathogenesis and searching new molecular targets on therapies for toxoplasmic encephalitis.

小胶质细胞是弓形虫脑炎中抑制脑内虫体增殖的重要细胞，其M1、M2亚型分别发挥促炎和抑炎作用。研究证实，程序性细胞死亡分子（PD-1）可参与多种感染性疾病的过程，且在脊髓损伤和脑出血疾病中均可发挥调控小胶质细胞/巨噬细胞的极化的作用，但目前PD-1在弓形虫感染中的作用尚未阐明。我们前期研究发现，弓形虫脑炎中小鼠小胶质细胞/巨噬细胞上PD-1的表达随着M1型标志物iNOS的增加而显著上调，达到高峰后同时下降，而相反M2型标志物Arginase-1则在两者下降的过程中显著上调；据此我们推测：PD-1可能通过调控小胶质细胞/巨噬细胞的极化参与小鼠弓形虫脑炎的过程。我们将采用PD-1基因敲除小鼠的弓形虫感染模型探讨PD-1对小胶质细胞/巨噬细胞极化的影响及其在弓形虫脑炎中的免疫病理作用，并利用基因芯片技术筛选该过程中相关信号通路的关键基因，可为阐明弓形虫脑炎的发病机制和寻找治疗的新靶标提供新的思路。

小胶质细胞是弓形虫脑炎中抑制脑内虫体增殖的重要细胞，其M1、M2亚型分别发挥促炎和抑炎作用。研究证实，程序性细胞死亡分子（PD-1）可参与多种感染性疾病的过程，且在脊髓损伤和脑出血疾病中均可发挥调控小胶质细胞/巨噬细胞极化的作用，但PD-1在弓形虫感染中的作用尚未阐明。首先，本研究建立弓形虫脑炎小鼠模型，在不同感染时间点观察小鼠脑炎活化及脑组织小胶质细胞/巨噬细胞活化状态，发现弓形虫感染后小鼠脑组织小胶质细胞被激活，但在感染后第5~7周时，小胶质细胞的活化相对5周而言受到了抑制。其次，我们了检测感染后小鼠脑组织M1、M2型活化标志的mRNA表达，并采用流式检测PD-1在小胶质细胞/巨噬细胞及M1、M2亚细胞群上的表达。结果发现，小鼠脑组织中M1型活化标志iNOS表达量在感染后5周达到峰值，感染后7周时下降，而M2型活化标志Arginase-1表达量在感染后5~7周明显上升，于第7周达到峰值；流式结果显示，感染5周后外周来源巨噬细胞比例升高，但感染后7-9周，小胶质细胞比例高于外周来源巨噬细胞；同时，感染后5周小鼠脑内小胶质细胞和外周来源巨噬细胞上PD-1的表达均达到峰值，而在感染后7周均出现相对的下降，该趋势与M1、M2型活化标志的mRNA表达结果一致，提示在5-7周脑炎活化过程中，PD-1可诱导小胶质细胞向M2型极化。再次，我们建立体外BV2细胞系弓形虫感染模型，并利用RNAi干扰技术验证弓形虫感染中PD-1对小胶质细胞极化的调控作用。结果发现，体外实验单独给予弓形虫刺激时，小胶质细胞主要表达M1型细胞标志物CD86及CD16，而当同时给予IL-4刺激时，部分小胶质细胞向M2型极化，伴随PD-1及其配体PD-L1表达升高；干扰PD-1后小胶质细胞上M1标志物CD86及CD16的表达显著上调。据此，本研究发现，在小鼠弓形虫脑炎的进展过程中PD-1可抑制小胶质细胞/巨噬细胞的活化，并参与了细胞自身极化的调控，促使细胞向M2型极化。这为理解弓形虫脑炎的免疫病理带来新思路，也为后续寻找治疗弓形虫脑炎的分子靶标提供实验依据。