M1型小胶质细胞参与脑缺血诱导白质损伤的分子机制研究

Chronic cerebral ischemia leads to vascular dementia, which is an important cause of death or disability in the aging population. Studies found that white matter damage is closely related to cerebral hypoperfusion. But the mechanism of hypoperfusion induced white matter damage is unclear. Our study demonstrated that hypoperfusion could induce microglia activation towards M1 phenotype and up-regulate complement system, which was associated with ischemia induced white matter injury. However, the molecular mechanism of what causing M1 microglia in chronic hypoperfusion adhering to and damaging white matter is unclear. The aim of present study is to establish a rat model of chronic cerebral hypoperfusion, applying molecular biology and CLARITY technology, and animal behavior tests, to explore: 1) if chronic cerebral ischemia induced white matter injury and cognitive dysfunction is related to the M1 microglia activation; 2) the molecular and cellular mechanisms of chronic ischemia induced M1 microglia activation, migration, and adhesion to myelin of white matter; 3) whether increase of complement C3 is the key element involving M1 microglia induced white matter injury. This study will provide clear therapeutic targets to inhibit microglia activation and a theoretical basis for the attenuation of white matter injury caused by chronic cerebral ischemia.

长期慢性脑缺血引起的脑白质损伤是形成血管性痴呆的重要原因。研究提示缺血低灌注可使小胶质细胞激活,进而引起脑白质损伤，但其作用机制尚不清楚。我们前期工作发现长期慢性缺血时，小胶质细胞可向M1型转化并向损伤白质区靶向迁移,然后粘附/吞噬缺血区白质的髓鞘成分。我们还发现慢性脑缺血可引起补体C3增高。然而M1型小胶质细胞在缺血低灌注状态下如何向缺血区白质迁移/粘附和损伤白质以及补体C3增高是否介导白质损伤尚不明确。本课题拟建立大鼠慢性脑缺血模型，应用分子生物学、透明脑技术和动物行为学等手段，探索：1）慢性脑缺血造成的白质损伤/认知障碍是否与小胶质细胞M1型激活有关；2）M1型小胶质细胞迁移/粘附/吞噬髓鞘引起白质损伤的分子和细胞机制；3）慢性脑缺血诱导的补体C3增高是否是M1型小胶质细胞诱导的白质损伤的关键。本课题研究将对抑制小胶质细胞活化提供治疗靶点，为慢性缺血后减轻白质损伤提供理论基础。

慢性脑缺血所致的脑白质损伤是造成血管性痴呆的重要因素。近年来研究发现慢性脑缺血可以激活小胶质细胞。然而，活化的小胶质细胞在慢性脑缺血状态下，是否以及如何参与白质损伤的分子机制尚不明确。本研究应用慢性脑缺血大鼠模型，探索小胶质细胞活化参与白质损伤的细胞和分子机制。应用大鼠双侧颈总动脉结扎缺血模型，在造模前及造模后的1、2、4周，利用同步辐射血管造影和磁共振动脉自旋标记成像监测脑血管密度和脑血流改变，水迷宫实验评估认知功能，利用分子生物学、透明脑、动物行为学等方法，明确：1）慢性脑缺血造成的白质损伤是否与M1型小胶质细胞激活/迁移/粘附有关；2）补体C3及其受体上调是否是M1型小胶质细胞介导慢性脑缺诱导的白质损伤的关键。同步辐射脑血管造影和动脉自旋成像结果显示脑缺血1周大鼠的脑血管密度和脑血流均显著下降（p<0.05）。水迷宫实验表明，与对照组相比，大鼠脑缺血后2周开始出现空间学习、记忆功能障碍并可持续至第4周（p<0.05）。Western blot和免疫组化结果表明脑缺血后髓鞘的数量显著下降（p<0.05）。进一步研究提示缺血后M1型激活的小胶质细胞数量增加（p<0.05）。透明脑三维空间图像提示迁移并粘附于髓鞘的M1型小胶质细胞数量增加并吞噬髓鞘（p<0.05）。荧光定量PCR结果表明大鼠脑缺血后纹状体部位趋化因子CCL2、CCL3、CCL5、CX3CL1的转录上调（p<0.05）。荧光定量PCR和Western blot显示大鼠脑缺血后补体C3及其位于小胶质细胞表面的受体C3aR、CR3的表达均上调（p<0.05）。慢性脑缺血后腹腔注射C3aR拮抗剂SB290157可以抑制M1型小胶质细胞激活（p<0.05），从而减轻白质损伤（p<0.05），逆转大鼠空间学习、记忆功能损害（p<0.05）。慢性脑缺血可诱导M1型小胶质细胞增多，迁移、粘附并吞噬髓鞘组织，加重白质损伤。抑制C3aR可以减少小胶质细胞向M1型转化，减轻白质损伤，改善认知功能，提示M1小胶质细胞是造成慢性缺血诱导的白质损伤的关键，而补体C3介导了小胶质细胞向M1型转化。