《Brain, Behavior, and Immunity》：NME2-driven epigenetic control of inflammasome-activated microglial lineage dynamics promotes sepsis-associated encephalopathy
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本研究通过单细胞RNA测序揭示CLP诱导的脓毒症小鼠脑中微胶质细胞亚群，发现NME2通过表观遗传调控NLRP3促进神经炎症和认知障碍，conditional knockout和药物抑制证实其关键作用，提出NME2-EPC2轴为潜在治疗靶点。
吴青如|朱东东|王浩泽|田静|陈新元|李云雷|阮晓宇|毕晓英|顾燕|张海玲
中国上海海军军医大学长海医院神经内科
摘要
小胶质细胞在脓毒症相关性脑病（SAE）的神经炎症级联反应中起着关键作用，然而它们的功能异质性和转录调控因子仍不甚清楚。通过对比度连接（CLP）诱导的脓毒症后小鼠大脑的单细胞RNA测序（scRNA-seq），我们识别出了六种小胶质细胞亚群。值得注意的是，其中一组被炎性小体激活的小胶质细胞成为神经炎症和认知障碍的驱动因素，这些细胞表现出Nlrp3、Il1b、Tnf的显著上调，并且与白细胞介素-1β（IL-1β）的产生及神经元死亡相关通路富集。对该亚群的转录分析表明，核苷二磷酸激酶2（NME2）是一个关键的转录因子，在CLP后其表达和核定位均显著增强。机制上，NME2直接结合Nlrp3的启动子，并招募Polycomb同源物2（EPC2）——NuA4组蛋白乙酰转移酶复合体的一个组分——来诱导H2AK5的乙酰化及染色质重塑，从而增强Nlrp3的转录。在小胶质细胞中条件性敲除Nme2或使用stauprimide进行药物抑制可显著降低脑脊液中的IL-1β水平，减轻神经元死亡，并改善脓毒症小鼠的工作记忆和识别记忆。这些发现表明NME2通过表观遗传调控NLRP3，成为炎性小体激活亚群动态的关键转录调节因子，为针对NME2-EPC2轴以缓解脓毒症引起的认知障碍提供了机制依据。
引言
脓毒症相关性脑病（SAE）是一种常见的脓毒症相关神经精神并发症，表现为急性弥漫性认知障碍和长期神经认知缺陷。尽管临床发病率很高，但其发病机制仍不明确，目前尚无特异性疗法来预防或逆转认知障碍（Dumbuya等，2023）。新兴证据表明，神经炎症，特别是小胶质细胞的激活和促炎细胞因子的过度产生，是SAE中神经元功能障碍的驱动因素（Yan等，2022）。小胶质细胞作为中枢神经系统（CNS）中的常驻免疫细胞，并非一个均质的群体，而是由功能和转录上不同的亚群组成，这些亚群能动态适应环境信号。在稳态条件下，小胶质细胞通过突触修剪、吞噬细胞碎片以及调节神经炎症反应来维持CNS的稳态（Borst等，2021）。然而，在脓毒症等全身性炎症状态下，小胶质细胞会分化为多种亚群，包括促炎亚群、抗炎亚群和组织修复亚群（Yu等，2024）。单细胞RNA测序（scRNA-seq）已被用于揭示病理环境下的小胶质细胞异质性（Jing等，2025；Zhu等，2024），但具体驱动SAE发病的亚群及其激活的分子开关仍不完全清楚。
炎性小体由NOD样受体蛋白3（NLRP3）等组成，是一个位于细胞质中的多蛋白复合体，可感知多种内源性和外源性刺激。其在SAE中的失调会引发神经炎症级联反应，其中小胶质细胞的NLRP3激活会促进白细胞介素-1β（IL-1β）的成熟和神经元死亡（Ding等，2021）。在中枢神经系统中，小胶质细胞的NLRP3激活需要其组成成分（Nlrp3、Casp1、Asc）的协调转录诱导以及炎性小体复合体的翻译后组装（Zhong等，2024）。虽然脓毒症引起的全身性炎症提供了初始触发，但具体驱动小胶质细胞Nlrp3表达的转录程序及调控这一过程的因子仍不清楚。先前的研究已将NF-κB和AP-1确定为NLRP3相关基因的通用激活因子（Chen等，2020；Wang等，2024），但这些广泛的转录调节因子对小胶质细胞环境的特异性不足，无法解释SAE中小胶质细胞反应的异质性。
转录因子（TFs）是细胞身份和功能的主要调节者，能够高特异性地结合基因启动子/增强子以激活或抑制目标基因（Francois等，2020；Sun等，2023）。识别这样的转录因子将为靶向治疗带来范式转变，实现选择性抑制致病性小胶质细胞激活的同时保留稳态功能。在本研究中，我们发现核苷二磷酸激酶2（NME2）是小胶质细胞驱动的神经炎症的核心调节因子。NME2是一种已知的功能多样的核苷三磷酸合成酶，传统上因其催化核苷二磷酸（NDPs）向核苷三磷酸（NTPs）的转化而研究其代谢功能（Yegutkin，2014）。除了代谢功能外，NME2还具有转录活性。例如，NME2可直接结合MYC启动子以激活其转录，从而促进细胞增殖和存活（Li等，2018；Wang等，2017）。在肺癌研究中，NME2通过结合vinculin的启动子区域来调节细胞黏附和侵袭（Thakur等，2014）。然而，NME2在小胶质细胞中的转录调控功能，尤其是在神经炎症和NLRP3炎性小体激活背景下的作用尚未得到充分探讨。
表观遗传修饰，如组蛋白乙酰化，通过动态改变染色质结构来调节转录可及性（Shvedunova和Akhtar，2022）。组蛋白乙酰转移酶（HATs），如NuA4复合体，可催化组蛋白（如H2AK5、H4K12）上的赖氨酸残基的乙酰化，从而松弛染色质结构并增强基因转录（Arnold等，2011；Xu等，2016）。NuA4复合体包含Polycomb同源物2（EPC2）作为关键调控组分，已被证实参与免疫相关基因的转录激活（Doyon等，2023；Huang等，2013），但其在小胶质细胞NLRP3炎性小体激活中的作用尚不清楚。在其他细胞类型中，特定赖氨酸残基（如H3K27ac和H4K5ac）的组蛋白乙酰化已被证明能增强促炎基因的转录（Efthymiadou等，2025；Wu等，2024），但类似的机制是否也适用于小胶质细胞以调节NLRP3尚不明确。重要的是，亚群特异性转录因子、染色质修饰酶和炎性小体组分之间的相互作用为理解和调控SAE中的神经炎症途径提供了有前景的研究方向。
在本研究中，我们利用CLP诱导的脓毒症后小鼠大脑的scRNA-seq来分析小胶质细胞的异质性并识别炎性小体激活亚群。我们发现了一条新的通路：NME2结合Nlrp3启动子并招募染色质相关蛋白EPC2，促进组蛋白H2AK5的乙酰化，从而驱动Nlrp3的转录和NLRP3炎性小体的激活。我们的发现将小胶质细胞亚群的异质性、转录调控以及炎性小体激活的表观遗传调控联系起来，为潜在的治疗靶点提供了依据。
动物
雄性C57BL/6J小鼠（8–10周龄）由Joint Ventures Sipper BK Experimental Animal Co.提供。小鼠在无特定病原体的环境中饲养，温度为20–22°C，湿度为50–60%，食物和水自由供应。Cx3cr1-iCre和Nme2-flox品系（C57BL/6J背景）由GemPharmatech Co., Ltd.提供。为了实现NME2的小胶质细胞特异性敲除，将Nme2flox/flox小鼠与表达Cx3cr1-iCre重组酶的小鼠进行杂交。所有实验方案均遵循相关标准。
脓毒症小鼠大脑的单细胞RNA测序分析
为了识别脓毒症小鼠大脑的细胞变化，我们建立了通过CLP诱导的脓毒症小鼠模型。对假手术组和CLP组小鼠的大脑细胞进行了单细胞RNA测序。为了展示不同亚群的分布，采用了基于t分布随机邻居嵌入（t-SNE）的降维分析（图1a）。根据注释的标记基因，共有20,521个脑细胞被分为十五个细胞亚群。
讨论
SAE是脓毒症常见的神经系统并发症，严重影响患者预后（Li等，2025）。然而，应激下的细胞异质性和分子调控机制仍不完全清楚。通过单细胞RNA测序和转录调控分析，我们揭示了一条关键通路：炎性小体激活的小胶质细胞通过表观遗传调控NLRP3炎性小体来调控神经炎症和认知功能障碍。
结论
我们的研究阐明了炎性小体激活的小胶质细胞在脓毒症中的关键作用机制：这些小胶质细胞在NME2介导的表观遗传调控下驱动NLRP3，进而引发神经炎症和认知功能障碍。通过确定NME2为关键的转录调控因子和EPC2为染色质修饰因子，我们为针对NME2-EPC2-H2AK5轴提供了理论基础，以减轻SAE的发病机制。这些发现加深了对小胶质细胞异质性的理解。
CRediT作者贡献声明
吴青如：撰写原始草稿，进行研究。
朱东东：撰写原始草稿，进行研究。
王浩泽：方法学设计，进行研究，数据管理。
田静：方法学设计，进行研究，数据管理。
陈新元：方法学设计，进行研究，数据管理。
李云雷：软件开发，进行研究，数据管理。
阮晓宇：方法学设计，进行研究，数据管理。
毕晓英：撰写与编辑，监督，项目管理。
顾燕：撰写与编辑，项目管理。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（82401751，32370974）、上海优秀学术带头人计划（23XD1424700）、上海教育发展基金会与上海市教委的曙光计划（23SG32）、中国博士后科学基金会（2021MD703949）以及长海医院基础医学研究计划（2023QD02）的资助。
