《Neurochemistry International》：Retinoic acid signaling regulates astrocyte reactivity by modulating MAPK/NF-κB pathways and mitochondrial integrity
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针对神经炎症中星形胶质细胞反应性及其代谢调控机制不明的问题，研究人员使用人诱导多能干细胞来源的星形胶质细胞，研究了视黄酸（RA）代谢在炎症激活中的作用。结果发现RA合成酶表达下调导致细胞内RA水平降低，补充外源性RA通过上调MKP-1抑制ERK/p38 MAPK-NF-κB通路，减轻炎症因子表达、改善线粒体功能，并减少神经毒性。该研究揭示了RA代谢是星形胶质细胞反应性的关键调控节点，为阿尔茨海默病、多发性硬化症等神经炎症疾病的治疗提供了新靶点。
大脑中数量最多的细胞，可能不是神经元，而是像“保姆”一样维持神经环境的星形胶质细胞。这些细胞在生理状态下负责清除多余的神经递质、为神经元提供营养支持、维持血脑屏障的稳定，是保障大脑功能正常运行的关键角色。然而，当大脑遭遇创伤、感染或退行性疾病等打击时，星形胶质细胞会进入一种“反应性”状态，形态、基因表达和功能发生巨大改变。这种反应并非总是有益的。在某些情况下，比如受到TNF-α、IL-1α和C1q（合称TIC）等炎症因子组合刺激后，星形胶质细胞会释放大量炎性细胞因子、产生活性氧和一氧化氮（NO），甚至失去清除谷氨酸和突触碎片的能力，从而加剧神经炎症并损伤神经元。这种类型的星形胶质细胞激活，在阿尔茨海默病、多发性硬化症、肌萎缩侧索硬化等多种神经系统疾病中被观察到，被认为是疾病进展的重要推手。因此，探索调控星形胶质细胞反应性的关键机制，寻找能够抑制其病理表型、恢复其保护功能的方法，是神经科学领域的一大挑战。
视黄酸（RA）是维生素A在体内的活性代谢物，长期以来以其在视觉、胚胎发育和免疫调节中的作用而闻名。在免疫系统中，RA表现出强大的抗炎能力。然而，在复杂的中枢神经系统环境中，RA如何影响星形胶质细胞的反应性，其具体的作用机制，以及RA自身的代谢在此过程中是否发生改变，这些问题却鲜为人知。针对这一空白，由韩国大学Dae-Sung Kim教授和Hyunggee Kim教授团队领导的研究，利用人诱导多能干细胞（hiPSC）衍生的星形胶质细胞这一前沿模型，深入探究了RA代谢与星形胶质细胞炎症反应之间的关系。他们的研究成果近期发表在《Neurochemistry International》杂志上。
为了开展这项研究，团队采用了几个关键的技术方法。核心是利用hiPSC来源的神经前体细胞（NPC），通过核因子I B（NFIB）过表达分化获得高纯度的人源星形胶质细胞。使用TNF-α、IL-1α和C1q（TIC）组合诱导星形胶质细胞形成炎症反应模型。通过实时定量PCR、ELISA、细胞因子微球阵列等技术分析基因表达和蛋白水平变化。利用蛋白质印迹和NF-κB荧光报告系统研究信号通路激活情况。通过线粒体膜电位（JC-1染色）、线粒体形态分析和有丝分裂噬（mito-SRAI探针）评估线粒体功能。此外，还建立了hiPSC来源的神经元与星形胶质细胞共培养体系，并采用免疫荧光染色评估神经元凋亡情况。
3.1. Inflammatory Cytokine Cocktail Induces Functional and Molecular Alterations Related to Reactivity in hiPSC-Derived Astrocytes
研究人员首先证实了其hiPSC来源的星形胶质细胞模型的可靠性。TIC处理3天后，细胞出现了典型反应性星形胶质细胞的形态学改变，即胞体增大、突起变钝。同时，反应性标志物CD44的表达也显著增强。在分子层面，TIC处理上调了一系列反应性基因的表达，包括LCN2（脂质运载蛋白2）、TIMP1（金属蛋白酶组织抑制剂1）、C3（补体成分3）以及促炎细胞因子IL6、IL8等，显示出炎症表型。在功能上，TIC处理的星形胶质细胞谷氨酸摄取能力和吞噬突触碎片的能力显著受损，而诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达和一氧化氮（NO）的产生则显著增加，这些变化都符合其潜在的神经毒性特征。
3.2. RA metabolic pathway is altered in TIC-induced reactive astrocytes
研究团队接着探究了在TIC诱导的反应性状态下，RA代谢通路是否发生了改变。分析发现，TIC处理显著下调了RA合成过程中的关键限速酶——ALDH1A家族（ALDH1A1， ALDH1A2， ALDH1A3）的表达。同时，与RA代谢相关的结合蛋白也发生改变：促进RA降解的CRABP1表达下调，而促进RA进入细胞核发挥转录活性的CRABP2表达上调。最终，通过ELISA直接测量证实，TIC处理的星形胶质细胞胞内RA水平显著降低。这表明，炎症反应性导致了星形胶质细胞自身RA生物合成的下调，使其处于一种“RA匮乏”状态。
3.3. RA supplementation suppresses inflammatory gene expression
既然反应性星形胶质细胞缺乏RA，那么补充外源性RA会产生什么效果？实验发现，同时给予RA和TIC处理，能够显著抑制TIC诱导的促炎细胞因子IL-6和IL-8在mRNA和蛋白质水平的表达。机制研究表明，RA处理有效抑制了NF-κB信号通路的激活，具体表现为磷酸化p65（p-p65）水平下降以及NF-κB转录活性降低。有趣的是，TIC同时也上调了抗炎因子IL10和TGFβ的表达，而RA处理同样降低了这些分子的水平。这表明RA并非简单地将星形胶质细胞从“促炎”推向“抗炎”表型，而是广泛地抑制了炎症反应的核心转录程序。
3.4. RA selectively modulates stress-related signaling pathways in reactive astrocytes induced by TIC
为了探究RA抑制炎症的上游机制，研究人员检测了丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路。结果显示，RA处理选择性地抑制了TIC诱导的ERK和p38 MAPK的磷酸化激活，但对JNK通路没有显著影响。进一步研究发现，RA能显著上调双特异性磷酸酶MKP-1的表达，该酶是ERK和p38 MAPK的关键负调控因子。这表明，RA可能通过上调MKP-1来抑制ERK/p38 MAPK的激活，进而阻断下游NF-κB信号的传导，最终实现对炎症基因表达的抑制。
3.5. RA treatment suppresses negative effect of reactive astrocytes on neuronal survival
研究的关键问题是，RA能否保护神经元免受反应性星形胶质细胞的毒性影响？在星形胶质细胞-神经元共培养体系中，TIC处理会显著增加神经元中裂解的caspase 3（CC3）阳性细胞数量，表明神经细胞死亡增加。而RA的加入能够显著减少这种TIC诱导的神经元凋亡。与此相关，RA处理也下调了iNOS的表达，并降低了培养上清中NO的水平。因此，RA通过抑制反应性星形胶质细胞的炎症状态，特别是减少NO等毒性介质的产生，起到了保护神经元的作用。
3.6. RA supplementation restores altered mitochondrial morphology and function by TIC
考虑到NO对线粒体的损害作用，研究人员最后评估了线粒体的状态。他们发现，TIC处理导致星形胶质细胞线粒体发生明显的片段化（结构破坏），线粒体膜电位下降，同时有丝分裂噬活性有降低的趋势。然而，RA的共处理能够有效逆转这些异常，恢复线粒体的网状结构、膜电位，并显著提升有丝分裂噬活性。这表明，RA对线粒体结构和功能的保护作用，可能是其发挥神经保护效应的另一个重要机制。
综上所述，这项研究揭示了RA代谢在调控星形胶质细胞反应性中的核心作用。研究表明，炎症刺激导致星形胶质细胞主动下调RA的合成，使其处于RA匮乏状态，这反过来可能促进并维持了其炎症表型。补充外源性RA则能通过一种可能依赖MKP-1的机制，抑制ERK/p38 MAPK-NF-κB信号轴，从而全面减轻促炎和抗炎介质的表达。此外，RA还能修复受损的线粒体功能并增强线粒体自噬，最终减轻星形胶质细胞的神经毒性，保护神经元。
这项研究的重要意义在于，它将RA代谢确立为星形胶质细胞反应性的一个关键调控节点，为理解神经炎症的分子机制提供了全新的视角。更重要的是，它提示了以RA代谢为靶点的治疗策略的潜力。在阿尔茨海默病、多发性硬化症等以慢性神经炎症和星形胶质细胞功能障碍为特征的疾病中，通过补充RA或其前体（如维生素A），或开发药物来恢复星形胶质细胞内RA的合成能力，可能成为一种恢复神经保护功能、抑制神经退行进程的新方法。
