《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Mechanical compression induces neuronal apoptosis, reduces synaptic activity, and promotes glial neuroinflammation in mice and humans
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本研究揭示机械压缩通过直接激活HIF-1和AP-1通路，诱导神经元凋亡、突触活性降低及胶质细胞炎症反应，阐明了实体应力（solid stress）在胶质母细胞瘤（GBM）等占位性病变中导致神经功能损伤的关键机制，为靶向机械性损伤的神经保护策略提供新视角。
Significance
占位性病变产生的机械压缩力可导致神经元损伤。本研究通过多模型系统证实，慢性机械压缩会触发神经元凋亡、破坏突触通讯、降低神经网络活性，并激活神经元与胶质细胞的炎症通路。反应性星形胶质细胞参与形成伴随神经元丢失的神经炎症环境。这些发现揭示了占位性病变的机械力如何导致患者认知与运动功能障碍，为保护神经元免受机械损伤的治疗策略奠定基础。
Abstract
质量效应（mass effect）是神经组织受占位性病变压缩变形产生的临床挑战。在胶质母细胞瘤（GBM）中，实体应力（solid stress）可降低脑血流并导致神经元丢失。本研究通过多尺度压缩系统发现，慢性机械压缩诱导神经元凋亡和突触斑点（synaptic puncta）减少，钙成像显示神经网络活动紊乱。同时，神经元中HIF-1信号通路激活，下游应激适应基因上调；胶质细胞中AP-1驱动基因表达促进神经炎症。实体应力通过激活不同通路直接导致GBM相关的神经元功能障碍和炎症。
引言
中枢神经系统疾病如创伤性脑损伤（TBI）、多发性硬化（MS）、脑肿瘤等均存在质量效应。颅内质量效应因颅骨限制而尤为突出，常导致感觉、运动、认知等功能障碍。GBM中的实体应力由肿瘤微环境（TME）的弹性组分（细胞与细胞外基质）产生，水肿进一步增加颅内压力。本研究通过模拟GBM肿瘤旁机械压力的体外与体内模型，探究慢性压缩对神经元与胶质细胞的直接影响。
Results
压缩诱导体外神经元丢失
使用0.14 kPa压力（模拟GBM体内测量值）压缩人源诱导兴奋性神经元（iN）与小鼠胶质细胞（mGlia）共培养体系。24小时后，PI染色显示压缩组细胞死亡数量增加2倍以上，GFP标记的神经元数量显著减少，表明机械压缩直接导致神经元凋亡。
实体应力减少突触斑点数量与神经网络活性
压缩后，突触前标记物synapsin与突触后标记物MAP2的斑点密度、面积和强度均降低，树突复杂性减弱。GCaMP8m钙成像显示单个神经元活动频率显著下降，同步活动频率轻微降低，表明神经网络功能受损。
实体应力激活神经元与胶质细胞的缺氧反应、炎症及凋亡通路
RNA-seq分析显示，压缩后iN中缺氧反应通路（HIF-1）最强激活，涉及糖酵解（HK2、PDK1）、血管生成（VEGFA）及凋亡（BNIP3、CASP8）基因。炎症通路（NF-κB、AP-1、JAK/STAT）同步上调。mGlia中NF-κB转录因子（Fos、Jun）与炎症因子（Cxcl1、Il23a）高表达，细胞类型反卷积提示星形胶质细胞为主要响应者。转录因子 motif 分析显示神经元中HIF-1/2 motif富集，胶质细胞中AP-1 motif富集。
实体应力激活人星形胶质细胞与小胶质细胞的反应性基因程序
压缩人永生化星形胶质细胞（IHA）后，GFAP表达升高，RNA-seq显示NF-κB通路激活，FOS/FOSB快速上调。缺氧条件下压缩仍诱导GFAP升高，氧传感探针证实无显著缺氧，表明反应性胶质增生独立于缺氧。人小胶质细胞（C20）压缩后形态更圆润，促炎因子TNF-α和IL1B早期短暂上调，提示胶质细胞通过AP-1/NF-κB信号直接响应机械应力。
实体应力在体内激活鼠与人脑中的缺氧与炎症信号
小鼠脑皮质压缩区域出现GFAP+星形胶质细胞疤痕与NeuN+神经元丢失，突触标记VGLUT1减少，神经元核内HIF-1α积累。分析GBM患者RNA-seq数据（IvyGAP），按中线移位（MLS）与水肿体积残差估计实体应力高低。高应力组肿瘤边缘区域NF-κB、p53、干扰素信号及缺氧通路富集，原位杂交（ISH）显示HIF1A表达升高。单核RNA-seq（snRNA-seq）分析显示，神经元中实体应激签名基因与突触维持程序负相关，与缺氧反应正相关。
Discussion
慢性机械压缩通过直接激活HIF-1与AP-1通路，导致神经元凋亡、突触丢失和神经网络功能紊乱。HIF-1α激活可能通过BNIP3介导的线粒体自噬促进神经元死亡，而胶质细胞炎症进一步加剧损伤。体外压缩模型证实HIF-1通路可被机械应力独立激活。物种间差异（如人星形胶质细胞未激活缺氧通路）提示需进一步优化模型。基于中线移位的实体应力估计为临床相关性提供支持，但需结合直接生物力学测量。本研究建立的压缩平台可用于模拟TBI、MS等多种神经系统疾病的机械应力，为开发神经保护剂提供筛选工具。
