脓毒症诱发的NK细胞向脑内迁移的能量代谢调控机制

Up to now, little is known about the immunological mechanisms of sepsis-induced encephalitis. We recently found that the migration of NK cells into the brain contributed the formation of sepsis-induced encephalitis, as infiltrating NK cells promoted neutrophil recruitment in the brain. However, the underlying mechanisms of NK cell migration remains to be elucidated. Considering that brain-resident microglia possess attractive activity after activation, it seems that microglia play a role in regulating NK cell migration. And recent evidences show that inflammation could affect cell energy metabolism which can regulate cell migration. We thus hypothesize that inflammation-energy metabolism-chemotaxis axis might be involved in the regulation of chemokine secretion by microglia and chemokine receptor expression on NK cells. By using methods of immunology, metabolomics and enzymology, this project intends to investigate the chemotaxis of NK cells by microglia, monitor energy metabolism changes in microglia and NK cells, and evaluate the effect of energy metabolism on chemokine/chemokine receptor expression on these cells. We tried to elucidate how energy metabolisms affect NK cells migration into the brain during sepsis-induced encephalitis, and this work will provide theoretical possibility to prevent or amelioate SAE by intervening NK cell migration in the future.

迄今为止，脓毒症诱发脑炎的免疫学机制我们所知甚少。我们前期研究发现脓毒症中NK细胞向脑组织发生迁移十分关键，浸润的NK细胞通过调控中性粒细胞参与脓毒症脑炎的构建。然而，调控NK细胞向脑内迁移的分子机制并不清楚。鉴于小胶质细胞定居于脑内且活化后具有趋化细胞的潜能，结合近来发现炎症可影响细胞能量代谢、而能量代谢能够调控细胞迁移，据此提出如下科学假说：“炎症—能量代谢—趋化”链条反应参与调控小胶质细胞分泌趋化因子或外周NK细胞表达趋化因子受体，进而导致NK细胞迁移到脑组织发挥促炎作用。本项目拟采用免疫学研究手段并结合代谢组学、酶学研究方法，探讨小胶质细胞对NK细胞的趋化作用，检测小胶质细胞和NK细胞能量代谢强度或途径的改变，评价能量代谢对趋化因子和趋化因子受体表达的影响，力图阐明脓毒症脑炎形成过程中NK细胞向脑内迁移的能量代谢机制，为以后基于调控NK细胞来预防或缓解脓毒症脑炎提供理论和实验依据。

脓毒症脑病（sepsis-associated encephalopathy,SAE）是系统性炎症反应在脑组织中的体现。我们发现NK细胞作为一种经典的固有免疫细胞，在脓毒症早期即迅速浸润至脑组织。迁移到脑组织的NK细胞是一种经典的CD49a+DX5-NK细胞，且以CD11b+CD27+亚群为主。小胶质细胞是脑组织重要的固有免疫细胞，我们证实了脓毒症小鼠小胶质细胞具有趋化NK细胞的能力。通过对脓毒症脑组织和小胶质细胞差异表达基因的分析，我们确认了小胶质细胞激活后释放趋化因子CCL5、CXCL9和CXCL10，这些基因的高表达与TLR受体介导的信号通路有关。通过对脓毒症患者外周血NK细胞差异表达基因的分析，我们明确了NK细胞高表达特定的趋化因子受体CCR1、CCR2、CXCR3、CXCR4，且这些受体基因的上调与糖代谢和脂类代谢有关。此外，通过加权基因共表达网络分析，我们发现在脓毒症脑病发病进程中，虽然有大量的基因参与脑病的发生，但仍有不少基因参与脑病的负向调控，说明脑组织的免疫维稳机制仍在继续工作。我们对之进行了探索，发现小胶质细胞可抑制成熟树突状细胞(mature dendritic cells,mDC)诱导的CD4+T细胞增殖，提示小胶质细胞参与了稳态下脑内免疫赦免的形成。另一方面，我们发现内皮型脑基质细胞经LPS刺激后具有趋化外周血单核细胞的能力，且能诱导单核细胞分化发育成小胶质细胞样细胞(microglia-like cells,MLC)。MLC具有与小胶质细胞类似的细胞形态和表型，同样能够通过一氧化氮抑制mDC诱导的CD4+T细胞增殖，提示炎症状态下脑内浸润的单核细胞经再发育参与免疫赦免的维持。通过对该项目的研究，我们明确了小胶质细胞在脓毒症脑病中对NK细胞浸润的调控及机制，同时解析了小胶质细胞对脑组织免疫赦免维持的贡献，有助于深入理解脑毒症脑病的病因和产生机制，为将来临床基于细胞干预提高脑毒症脑病患者的生存率提供了理论和实验依据。