原代人类反应性小胶质细胞在脂多糖暴露下表现出线粒体功能障碍和代谢失衡

《Neurochemical Research》：Primary Human Reactive Microglia Display Mitochondrial Dysfunction and Metabolic Imbalance Upon Lipopolysaccharide Exposure

人类原代小胶质细胞经LPS刺激后呈现激活表型并伴随线粒体功能障碍，表现为质量减少、膜电位下降、ROS和H2O2水平升高，ATP降低及乳酸释放增加，提示糖酵解补偿。

　　

摘要

小胶质细胞的活化是神经炎症的核心组成部分，并促进了神经退行性疾病的进展。然而，我们目前的大部分认识都来源于啮齿动物模型，这些模型并不能完全再现人类特有的反应。在这项研究中，我们使用了从富含星形胶质细胞的培养物中分离出的人类原代小胶质细胞模型，来研究脂多糖（LPS）引发的炎症刺激所导致的细胞和代谢变化。这些分离出的人类小胶质细胞表现出典型的标志物强表达，包括IBA-1、CD68、CD45、F4/80和TMEM119。在LPS的作用下，细胞表现出强烈的反应性表型，激活标志物和NF-κB的表达增加。功能验证显示其吞噬活性保持正常，证实了这些细胞的免疫能力。重要的是，这是首次研究表明人类原代反应性小胶质细胞在炎症刺激下会出现线粒体功能障碍。LPS处理导致线粒体质量（TOMM20）显著下降，线粒体碎片化增加。我们观察到LPS增加了DRP1的磷酸化，表明线粒体分裂增强，线粒体膜电位（TMRE）降低，同时线粒体超氧化物（MitoSOX）的产生增加，过氧化氢和一氧化氮的水平也升高。这种效应在时间上与细胞内ATP水平下降相关，随后细胞外乳酸生成增加，这表明线粒体能量代谢失败后出现了代偿性的糖酵解转变。这些发现共同揭示了人类小胶质细胞对炎症性线粒体压力的先前未被发现的脆弱性，并为研究神经退行性疾病中小胶质细胞活化及能量代谢失败的机制提供了一个可靠且生理相关的平台。

图形摘要

LPS诱导的活化会在原代人类小胶质细胞中引发线粒体功能障碍。对照组的小胶质细胞具有细长且相互连接的线粒体以及较高的细胞内ATP含量。经过24小时的LPS处理后，它们转变为反应性表型，表现为线粒体碎片化增加、线粒体质量下降、ATP水平降低、线粒体膜电位降低、乳酸释放增加以及线粒体ROS生成增加。