膜锚定补体调节蛋白CD59在视神经脊髓炎中枢神经系统特异性病灶形成中的作用研究

Neuromyelitis optica (NMO) is a humoral immunity-mediated central nervous system (CNS) autoimmune disease. The astrocytic water channel protein AQP4 is the major target for autoantibody mediated astrocytes damage. Although AQP4 is widely expressed on different tissues and cells, the NMO patients only have CNS-restricted lesions. It has been reported that the membrane-bounded complement regulatory proteins may protect the cells from antibody and complement mediated cell damage, we hypothesize that the blood-brain-barrier will protect the CNS cell from antibody and complement attacking and the astrocytes will lose membrane-bounded complement regulatory proteins due to the protection during evolution. Our preliminary data have proved that one of the membrane-bounded complement regulatory proteins, CD59, is specifically lost in astrocytes and this observation partially proved our hypothesis. In this project, we aim to systematically compare the expression of CD59 between different AQP4-expressing cell and tissues both in human and mouse. We will also test the effect of AQP4 autoantibody with complement mediated cell damage when overexpressing CD59 in astrocytes or knocking down its expression in other AQP4-bearing cells and tissues in animal model. The results of this project will help to answer the scientific question that why AQP4 antibody with complement mediated NMO is a CNS lesion restricted autoimmune disease. The observation will also help to identify novel therapeutic target.

视神经脊髓炎（NMO）是以体液免疫为主介导的中枢神经系统（CNS）自身免疫病，星形胶质细胞水通道蛋白AQP4是患者自身抗体攻击的主要靶抗原。然而，AQP4在机体多个组织广泛存在，但NMO患者却只出现CNS特异性病灶。膜锚定补体调节蛋白会保护细胞免受抗体和补体介导的攻击，据此我们推测星形胶质细胞由于受血脑屏障保护，细胞上的膜锚定补体调节蛋白逐渐退化缺失可能导致了NMO中CNS特异性病灶的形成。我们初步研究发现膜锚定补体调节蛋白CD59在星形胶质细胞上特异性缺失。因此，本研究将系统比较人和小鼠中CD59在不同组织AQP4表达细胞中的表达，利用动物模型探讨星形胶质细胞过表达及其它组织细胞敲低CD59分子对AQP4抗体和补体介导的细胞杀伤作用的影响，明确CD59在NMO的CNS特异性病灶形成中的作用，为阐明NMO疾病CNS特异性病灶形成这一科学问题提供答案，研究结果也将为NMO的治疗发现新的靶点。

视神经脊髓炎（NMO）是以体液免疫为主介导的中枢神经系统（CNS）自身免疫病，星形胶质细胞水通道蛋白AQP4是患者自身抗体攻击的主要靶抗原。然而，AQP4在机体多个组织广泛存在，但NMO患者却只出现CNS特异性病灶。这种CNS特异性病灶形成的原因并不清楚。通过研究我们发现，膜攻击复合物形成的关键补体调节蛋白CD59可能参与了NMO中枢特异性病灶的形成。我们比较了几种膜锚定补体调节蛋白与AQP4的表达相关性，发现在小鼠和人表达AQP4的组织和细胞中，CD59在外周组织和细胞高表达，包括骨骼肌、气道上皮、胃组织等，但在CNS星形胶质细胞上，其表达缺失，推测星形胶质细胞CD59的表达缺失可能参与了NMO中枢特异性病灶的形成。随后，我们在NMO的小鼠模型中，通过侧脑室注射慢病毒的方式在星形胶质细胞中恢复表达CD59，发现AQP4-IgG和补体造成的病灶显著缩小。同时，我们利用CD59的siRNA或阻断性抗体下调外周胃组织中CD59的表达或抑制其信号通路，发现在AQP4-IgG和补体的处理下会形成组织损伤，同样的现象在人和小鼠各两种外周表达AQP4的骨骼肌和气道上皮组织的细胞中得到了证实。这些结果表明，在正常脑组织中，表达AQP4的星形胶质细胞CD59的表达缺失，而外周高表达AQP4的组织和细胞中，CD59也同样高表达，当病理状况下。组织或细胞面临AQP4-IgG和补体造成的攻击时，外周的组织或细胞因为有补体抑制分子CD59的保护，会抑制膜攻击复合物的形成，使得组织或细胞免受CDCC造成的攻击，而CNS的星形胶质细胞因为缺乏CD59的表达，在遭受AQP4-IgG和补体攻击时，会出现膜攻击复合物造成的星形胶质细胞死亡，从而导致后续炎性浸润和少突胶质细胞、神经元的坏死，从而出现病灶。本研究回答了NMO中枢特异性病灶形成的关键科学问题，也为NMO治疗提供了新的干预靶点。