Irisin依赖的microglial抑制作用可缓解实验性自身免疫性脑脊髓炎中的神经炎症

《Peptides》：STING-dependent microglial inhibition by Irisin ameliorates neuroinflammation in experimental autoimmune encephalomyelitis

　　

吴梦静|吴一曦|冯小莉|黄玉生|陈丽君|李格|张大奇|赵文杰|陈永民

海南医学院第二附属医院功能诊断科，海口570102，中国

摘要

多发性硬化症（MS）是一种慢性自身免疫性中枢神经系统（CNS）脱髓鞘疾病，其特征是小胶质细胞的激活和极化为疾病发病的关键驱动因素。鸢尾素是一种由运动诱导的肌因子，据报道具有神经保护作用，包括抗炎活性和认知改善。为了研究鸢尾素在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型中的治疗潜力及其对小胶质细胞行为的影响以及潜在的分子机制，我们进行了本研究。结果表明，鸢尾素治疗显著缓解了EAE的严重程度，表现为疾病发生率的降低、体重减轻的减轻以及神经功能的改善。组织病理学分析显示，鸢尾素抑制了炎症细胞的浸润并减少了脊髓组织的脱髓鞘。此外，鸢尾素抑制了小胶质细胞的过度激活，并促进了从小胶质细胞M1型（促炎型）向M2型（抗炎型）的表型转变。机制上，免疫荧光共定位和Western blot分析证实，这些有益效果是通过抑制环状GMP-AMP合成酶（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）途径实现的，这与STING和磷酸化干扰素调节因子3（p-IRF3）表达的下调一致。总体而言，这些发现表明鸢尾素通过调节小胶质细胞活性并抑制cGAS-STING途径来减轻神经炎症并发挥神经保护作用，凸显其作为MS新型治疗候选物的潜力。

引言

多发性硬化症（MS）是一种慢性自身免疫性疾病，其中免疫系统选择性地攻击中枢神经系统（CNS）的白质。其发病机制源于遗传倾向、环境因素和免疫失调之间的复杂相互作用[1]。全球大约有230万人患有MS，该病通常在20至50岁之间发病，女性患病率几乎是男性的两倍[2]。临床上，MS表现出显著的异质性，包括肢体无力和痉挛等运动障碍、感觉异常（如感觉异常）、小脑共济失调、认知障碍、视觉异常（例如复视和视神经炎）以及抑郁和疲劳等神经精神症状。广泛用于MS研究的实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型复制了该疾病的关键病理特征，包括神经炎症、免疫介导的脱髓鞘以及白细胞向CNS的浸润。

越来越多的证据表明，小胶质细胞在MS的发病机制中起着关键作用。作为CNS内的驻留先天免疫细胞，小胶质细胞对于免疫监视和维持细胞稳态至关重要。除了这些基本功能外，它们还积极参与多种生理过程，包括吞噬髓鞘碎片、抗原呈递、细胞因子分泌和突触可塑性调节[3][4]。功能上，小胶质细胞表现出表型可塑性，主要分为两种不同的状态：促炎型“M1”表型和抗炎型“M2”表型[5]。在炎症条件下，静息状态的小胶质细胞被激活并释放促炎介质，如白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-6、一氧化氮（NO）和各种蛋白酶。持续的神经炎症导致的小胶质细胞激活可导致神经毒性，并与多种神经系统疾病的发病机制有关，包括MS、阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）[6][7][8]。相比之下，IL-4、IL-10、IL-13和转化生长因子-β（TGF-β）等细胞因子可促进小胶质细胞向M2表型的转变。M2小胶质细胞分泌抗炎和神经营养因子，如脑源性神经营养因子（BDNF）和胶质细胞系源性神经营养因子（GDNF）[9]。通过这些机制，M2小胶质细胞有助于炎症的消退、细胞碎片的清除、组织修复和髓鞘再生过程。

环状GMP-AMP合成酶（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）途径是先天免疫系统的核心组成部分，专门用于检测胞质DNA以启动免疫反应。感知到这种DNA后，该途径会触发干扰素调节因子3（IRF3）的磷酸化，从而驱动I型干扰素及其下游靶基因的表达[10]。尽管STING主要对抗病原体来源的DNA起作用，但新证据表明，它也可以被异位定位的自我DNA（包括线粒体DNA（mtDNA）和核DNA）激活。该途径的异常激活促进了多种炎症性疾病（尤其是神经退行性疾病如ALS）的发病机制[11]。通过激活核因子κB（NF-κB）等转录因子，STING途径促进了促炎细胞因子和趋化因子的产生，加剧了疾病的进展[12]。越来越多的研究强调了STING信号传导在多种CNS疾病中的核心作用。在衰老的大脑中，持续的STING激活会导致小胶质细胞转变为与衰老相关的分泌型表型，加剧神经炎症并损害认知功能[13]。在中风期间，STING触发早期神经炎症级联反应，加剧了继发性脑损伤[14]。此外，STING与线粒体自噬途径之间的复杂相互作用将该途径与细胞应激反应联系起来[15]，进一步表明其在神经退行性疾病中的作用。值得注意的是，STING途径的药物治疗显示出良好的治疗潜力。例如，从芝麻籽中提取的天然化合物sesamol可以抑制STING的磷酸化和下游核转录因子的激活，从而缓解锰引起的神经炎症和认知障碍[16]。这些发现使STING途径成为治疗MS和其他CNS疾病中神经退行性变的有希望的、可行的治疗靶点。

大量研究表明，定期锻炼可以对抗长期久坐行为的不利影响，并减缓包括AD、糖尿病和MS在内的多种疾病的进展[17][18]。这些益处的关键介质是鸢尾素，这是一种由Bostr?m等人于2012年首次发现的运动诱导的肌因子[19]。这种112个氨基酸组成的蛋白质（约12.6 kDa）通过其跨膜前体纤维连接蛋白III结构域含蛋白5（FNDC5）的蛋白水解裂解产生，随后分泌到全身循环中[20]。进入血液后，鸢尾素结合特定的细胞表面受体，启动信号级联反应，协调多种生物效应，包括神经保护、代谢调节和骨形成[21][22]。研究显示，鸢尾素具有显著的神经保护作用，并在多种神经退行性疾病中表现出多靶点治疗效果。在PD中，鸢尾素通过促进α-突触核蛋白的降解、抑制NLRP3炎症小体的激活以及激活Akt和ERK1/2信号通路，从而改善运动功能障碍、减轻蛋白质聚集、氧化应激和线粒体功能障碍[23][24][25]。在AD中，鸢尾素通过与整合素αV/β5受体的结合刺激星形胶质细胞分泌β-淀粉样蛋白（Aβ）降解酶neprilysin（NEP），同时抑制NLRP3介导的小胶质细胞炎症，最终改善认知功能[26][27]。临床研究显示，有氧运动可提高复发缓解型MS（RR-MS）患者的血清鸢尾素水平，这与抑郁和疲劳症状的减轻相关[28]。此外，鸢尾素可以穿过血脑屏障（BBB），在上海马区上调BDNF的表达，从而发挥其神经保护作用[29]。在脊髓损伤（SCI）的大鼠模型中，鸢尾素的使用已被证明可以通过AMPK–NF-κB途径改善运动功能恢复并减轻继发性损伤[30]。总体而言，这些发现表明鸢尾素作为一种多靶点、疾病修饰剂，在神经退行性疾病中具有巨大的潜力。

尽管鸢尾素在中枢神经系统中的抗炎特性越来越受到重视，但其在EAE进展过程中对小胶质细胞极化和cGAS-STING信号通路的确切调节作用仍需进一步探索。因此，本研究旨在阐明鸢尾素在EAE中的治疗效果，并研究其对小胶质细胞状态的调节作用，特别关注cGAS-STING轴作为潜在的潜在机制。

章节片段

动物

从湖南SJA实验动物有限公司（长沙，中国）购买了C57BL/6J雌性小鼠（6-8周龄，体重18-20克）。这些小鼠在海南医学院（海口，中国）的动物设施中在特定的无病原体（SPF）条件下饲养。环境参数保持在24±2°C，光照/黑暗周期为12小时（07:00开灯），小鼠可自由摄取标准实验室饲料和消毒饮用水。所有实验程序均

鸢尾素缓解了EAE小鼠的临床症状并降低了疾病发生率

为了明确鸢尾素对EAE的治疗效果，我们评估了所有组小鼠的临床症状。比较分析显示，与EAE组相比，鸢尾素的给药显著减轻了体重减轻（图1A）并降低了疾病发生率（图1B）。此外，鸢尾素治疗显著改善了临床神经功能评分，表明疾病严重程度显著减轻（图1C）。综上所述，这些结果表明鸢尾素具有双重

讨论

先前的研究表明，体育锻炼可以增加循环中的鸢尾素水平。这种增加在抗阻训练和有氧活动中都有观察到，与RR-MS患者的抑郁和疲劳等症状的改善有关[28]。值得注意的是，鸢尾素可以穿过血脑屏障（BBB），在那里通过增强突触可塑性、促进神经元分化、减少神经炎症和对抗神经退行性过程来发挥神经保护作用[34]。我们的

结论

我们的实验结果表明，鸢尾素通过减轻神经炎症和脱髓鞘来改善EAE，从而导致临床结果的显著改善和疾病发生率的降低。这种保护作用可能是通过抑制小胶质细胞中的STING途径来实现的，该途径抑制了它们的激活，并促进了从小胶质细胞M1型（促炎型）向M2型（抗炎型）的表型转变。因此，鸢尾素作为一种有前景的治疗

资助

本研究得到了中国海南省自然科学基金（WJ. Zhao，项目编号822RC823）、国家自然科学基金（D-Q. Zhang，项目编号82260250）和海南医学院第一附属医院培养基金（G. Li，项目编号HYYFYPY202202）的支持。

CRediT作者贡献声明

陈丽君：资源、方法学。李格：验证、资金获取。冯小莉：研究、数据管理。黄玉生：方法学、研究。陈永民：写作-审稿与编辑、监督、项目管理、正式分析、概念化。张大奇：验证、资金获取。赵文杰：监督、项目管理、资金获取、概念化。吴梦静：写作-初稿、项目管理、方法学。吴一曦：

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文报告的工作。