CXCL10在脑缺血后小胶质细胞突触剥离行为中的作用及机制研究

So far, effective treatment of cerebral ischemia, other than thrombolysis, is still unavailable. Therefore, it is imperative to investigate its pathogenesis and discover new therapeutic targets. Microglial-mediated synaptic stripping was found in neuroinflammation after cerebral ischemia, which probably provides neuroprotection. However, the molecular mechanism for microglia to strip synapses remains unknown. In our preliminary experiment, we found that CXCL10 expression robustly increased in activated microglia, while the synaptic stripping reduced either with CXCL10 antibody neutralization or in CXCL10 knockout mice. Moreover, we also found that CXCL10 was also involved in the chemotaxis of microglia and subsequent promotion of morphology alteration to trigger microglia to contact with and then strip pre-synapses from neurons. Based on this preliminary evidence, this project will investigate the role of CXCL10 in microglial-mediated synaptic stripping following cerebral ischemia and the effect of microglial-mediated synaptic stripping on cerebral ischemia by using CXCL10 or its receptor CXCR3 knockout mice as well as two-photon time lapse microscopy. This project is aimed to give more evidence to elucidate the neuroinflammation-related pathogenesis in cerebral ischemia and provide new target for the treatment.

明确脑缺血后复杂的病理机制，寻找新的治疗靶点对脑缺血的治疗具有重要意义。课题组前期研究发现，脑缺血后早期存在着小胶质细胞对神经元胞体上的突触进行剥离的现象，其可能发挥神经保护作用，但具体发生机制尚不清楚。预实验发现小胶质细胞激活后高表达CXCL10，给予CXCL10抗体明显减少了小胶质细胞的突触剥离行为，提示CXCL10可能介导了脑缺血后小胶质细胞突触剥离行为的发生。此外，预实验还发现CXCL10可能通过诱导小胶质细胞向神经元趋化、并促进小胶质细胞激活过程中的形态变化导致突触剥离。因此，本课题将利用CXCL10基因敲除小鼠及双光子激发实时成像技术，研究CXCL10在脑缺血后小胶质细胞突触剥离行为中的作用和机制，并评价突触剥离行为在脑缺血中的意义。本研究将为阐明小胶质细胞在脑缺血中的作用提供更多的理论基础，并可能为脑缺血的治疗提供新的靶点。

明确脑缺血后复杂的病理机制，寻找新的治疗靶点对脑缺血的治疗具有重要意义。小胶质细胞对神经突触的调节作用是近年来小胶质细胞的研究热点和难点问题。我们发现在神经炎症中小胶质细胞就存在着剥离神经元周围突触的作用，进而调节了神经元gamma频段的放电，而在脑缺血早期，梗死周边区小胶质细胞明显激活，向神经元趋化并包绕神经元胞体，剥离神经神经元表面的GABA能抑制性突触，神经元损伤较轻的外层周边区的剥离现象更为明显，并且被小胶质细胞剥离的主要为兴奋性神经元。利用绿荧光标记小胶质细胞的CX3CR1-GFP小鼠进行单细胞膜片钳记录，发现突触剥离减少了神经元的GABA突触传递而不影响谷氨酸突触传递，并对神经元兴奋性产生影响。利用敲除组胺合成酶、减少内源性组胺的HDC小鼠及药理学手段等，我们有趣的发现CXCL10参与的突触剥离作用可能与脑内组胺及其H1受体相关。我们构建了选择性敲除谷氨酸神经元上H1受体的CaMKIIα-Cre:H1Rfl/fl小鼠，研究发现选择性敲除神经元上H1受体后显著减少了小胶质细胞进行突触剥离的作用，尤其是在外层周边区，同时神经损伤明显加重。本研究表明，局灶性脑缺血后神经元上H1受体介导了小胶质细胞对神经元胞体周围突触进行剥离的作用，最终对神经元的兴奋性以及脑缺血后神经损伤产生了明显影响，本研究将为阐明小胶质细胞在脑缺血中的作用提供更多的理论基础。我们还发现热惊厥等病理损伤过程中也存在着小胶质细胞介导的突触剥离现象，并且突触剥离抑制了热惊厥的发生发展。这些研究为理解小胶质细胞在脑疾病中的功能有重要意义。