小胶质细胞来源的胰岛素样生长因子1（IGF-1）在病毒诱导脱髓鞘期间作为神经免疫稳态的调节因子

《Viruses》：Microglial-Derived IGF-1 Serves as a Regulator for Neuroimmune Homeostasis During Viral-Induced Demyelination Vanessa M. Scarfone, Collin Pachow, Pauline U. Nguyen, Anita Lakatos, Jamie-Jean De La Torre, Alisa Xie, Kellie Fernandez, Charlene Collado, Kaitlin Murray and Thomas E. Lane + 4 authors

　　

本研究旨在探究小胶质细胞来源的胰岛素样生长因子1（IGF-1）在神经炎症与脱髓鞘的病毒模型中，对宿主防御及疾病进展的调控作用。研究人员采用诱导型趋化因子受体CX3CR1（Cx3cr1）启动子驱动的Cre-loxP重组系统，对小鼠小胶质细胞中的Igf1进行时序性敲除，以评估其对中枢神经系统（CNS）应对小鼠肝炎病毒（JHMV）JHM毒株感染反应的影响。研究结果显示，小胶质细胞IGF-1的缺失虽不影响病毒复制的控制，但显著加剧了脊髓脱髓鞘程度。对脊髓进行的飞行时间质谱流式细胞术（CyTOF）及成像质谱流式细胞术（IMC）分析表明，髓鞘损伤加剧与CD8+Ly6C+效应T细胞聚集增加及髓样细胞触发受体2（TREM2）表达降低相关，后者损害了小胶质细胞向可感知并潜在减轻髓鞘损伤的疾病相关小胶质细胞（DAM）表型的转化。综上，这些发现表明小胶质细胞IGF-1是CNS病毒感染引发的免疫应答的非冗余协调因子。

该研究由Scarfone VM等研究人员完成，发表于《Viruses》期刊。研究聚焦病毒诱导的中枢神经系统脱髓鞘疾病，这类疾病与多发性硬化（MS）的临床及组织学特征高度相似。当前领域内对小胶质细胞来源的胰岛素样生长因子1（IGF-1）在神经免疫稳态中的作用机制尚不清晰，尤其是在病毒诱导的脱髓鞘过程中，IGF-1如何协调固有免疫与适应性免疫、调控疾病相关小胶质细胞（DAM）表型转化及髓鞘损伤修复，仍缺乏系统性研究。为此，研究人员构建了小胶质细胞特异性Igf1敲除（MG-Igf1^KO）小鼠模型，结合病毒诱导脱髓鞘模型，从分子、细胞、组织空间层面解析IGF-1的功能机制。研究证实，小胶质细胞IGF-1不参与病毒复制的免疫控制，而是通过调控TREM2表达、维持DAM表型、协调免疫细胞空间分布及功能，成为神经免疫稳态的关键调节因子，为脱髓鞘疾病的干预提供了新靶点。

研究人员采用的核心技术方法包括：构建Cx3cr1^CreERT/+:Igf1^fl/fl诱导型小胶质细胞特异性Igf1敲除小鼠模型，以野生型及同窝对照小鼠为对照组；通过颅内接种JHM株小鼠肝炎病毒（JHMV）建立病毒诱导脱髓鞘疾病模型，设置感染后7、14、21天等多个时间点采样；采用qPCR检测脑组织及脊髓中病毒载量与Igf1转录水平，通过空斑试验定量脑内病毒滴度；利用苏木精-伊红（H&E）联合 luxol fast blue（LFB）染色及髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG）ELISA评估脊髓脱髓鞘程度；通过流式细胞术及飞行时间质谱流式细胞术（CyTOF）分析脊髓免疫细胞亚群组成；采用成像质谱流式细胞术（IMC）结合空间邻域富集分析，解析病变区域免疫细胞空间分布特征及功能分子表达关联。

3.1 靶向敲减小胶质细胞IGF-1不影响病毒复制的免疫控制

研究人员通过qPCR验证，他莫昔芬诱导后，MG-Igf1^KO小鼠小胶质细胞中Igf1转录水平在感染后7天下降70%，21天下降96%；全脊髓Igf1表达在感染后7天和21天均显著降低。生存分析显示两组小鼠生存率无显著差异，临床评分虽在急慢性期均升高，但脑和脊髓的病毒滴度及病毒mRNA水平在两组间无统计学差异。这表明小胶质细胞来源的IGF-1不参与JHMV在中枢神经系统的复制清除过程。

3.2 小胶质细胞来源IGF-1影响JHMV感染小鼠脊髓脱髓鞘严重程度

对未感染及感染后小鼠脊髓的LFB染色及MOG ELISA结果显示，未感染状态下两组小鼠髓鞘结构及MOG蛋白水平无差异；感染后14天两组脱髓鞘程度相当，但21天时MG-Igf1^KO小鼠脊髓脱髓鞘面积占比显著高于对照组。这证实IGF-1缺失会加剧病毒诱导的慢性期脊髓髓鞘损伤。

3.3 JHMV感染的MG-Igf1^KO小鼠脊髓CD8⁺T细胞浸润增加

流式细胞术分析显示，感染后21天，MG-Igf1^KO小鼠脊髓总CD8⁺T细胞数量较对照组显著增加，而总CD4⁺T细胞、病毒特异性CD4⁺及CD8⁺T细胞数量无组间差异；同时巨噬细胞（CD45^hiCD11b⁺）及小胶质细胞（CD45^loCD11b⁺）的数量在两组间也无显著差异。这表明IGF-1缺失导致的脱髓鞘加剧与总CD8⁺T细胞浸润增加相关，而非抗原特异性T细胞应答增强。

3.4 CyTOF质谱流式揭示MG-Igf1^KO小鼠脊髓T细胞组成改变

对感染后21天脊髓样本的CyTOF分析通过FlowSOM无监督聚类鉴定出23个免疫谱系群。差异丰度分析显示，MG-Igf1^KO小鼠脊髓中CD8⁺Ly6C⁺效应T细胞频率显著升高，而具有Tr1样表型（表达CD39、CD44等）的CD4⁺调节性T细胞频率显著降低，其余免疫细胞亚群无显著变化。这提示IGF-1缺失选择性破坏T细胞稳态，导致效应T细胞扩增与调节性T细胞收缩失衡。

3.5 聚类丰度变化揭示髓系-T细胞协调关系紊乱

Spearman相关性分析显示，MG-Igf1^KO小鼠脊髓中效应T细胞、炎性单核细胞、活化常规T细胞等炎性效应群体丰度升高，而Tr1样CD4⁺T细胞、效应记忆T细胞、调节性单核细胞来源巨噬细胞等调节及记忆群体丰度降低。这种效应群体扩张与调节群体收缩的协同偏离，表明IGF-1缺失破坏了免疫激活与消退的平衡。

3.6 IGF-1敲除损害活化小胶质细胞的TREM2上调

IMC分析显示，感染后21天，MG-Igf1^KO小鼠活化小胶质细胞（Iba1⁺CD68⁺）表面的TREM2中位表达强度较对照组显著降低；疾病相关小胶质细胞（DAM，Iba1⁺CD68⁺TREM2⁺）占活化小胶质细胞的比例从对照组的83.4%降至76.7%。TREM2表达与DAM比例呈强正相关，证实IGF-1信号是活化小胶质细胞向DAM表型转化的必需因子，其缺失会导致DAM成熟阻滞。

3.7 MG-Igf1^KO病变区域的空间免疫微环境重构

空间邻域富集分析显示，MG-Igf1^KO小鼠脊髓病变中，活化小胶质细胞自身聚集显著增加，且与CD8 T细胞的空间邻近性显著升高；同时星形胶质细胞与CD4 T细胞的富集模式改变，神经元与其他细胞的空间共定位减少。这些空间重构在不同脱髓鞘程度亚组中方向一致，表明其为基因型驱动的原发改变，而非疾病严重程度的继发效应。

3.8 TREM2表达与空间免疫组织相关

跨组动物分析显示，活化小胶质细胞TREM2表达与活化小胶质细胞自身聚集、活化小胶质细胞-DAM共定位、活化小胶质细胞-CD8 T细胞邻近性均呈显著负相关。其中TREM2与活化小胶质细胞-DAM共定位的关联最强，而与Iba1⁺CD163⁺-CD8 T细胞邻近性无相关性。这提示TREM2成熟状态决定活化小胶质细胞的空间组织完整性，但其不直接调控CD163⁺髓系细胞的空间行为。

3.9 CD163⁺调节性髓系细胞在T细胞界面丧失精氨酸酶1（Arg1）

MG-Igf1^KO小鼠中CD163⁺调节性髓系细胞与CD8 T细胞的空间富集呈下降趋势。功能分析显示，两组中靠近CD8 T细胞（≤30 μm）的CD163⁺细胞Arg1表达均高于远离的细胞，但MG-Igf1^KO小鼠中靠近CD8 T细胞的CD163⁺细胞Arg1表达显著低于对照组。批量分析未发现CD163⁺细胞整体功能分子表达差异，表明Arg1缺陷是具有空间特异性的界面现象，即IGF-1缺失导致CD163⁺细胞在T细胞接触位点丧失免疫抑制能力。

3.10 空间免疫组织与临床疾病严重程度相关

在MG-Igf1^KO小鼠组内分析中，活化小胶质细胞-CD8 T细胞邻近性、CD163⁺-CD8 T细胞富集与峰值临床评分呈正相关；TREM2表达与累积临床负担呈负相关。这些关联的效应量较大但未通过多重比较校正，提示髓系-T细胞空间偶联及TREM2成熟度可反映疾病严重程度，需更大样本验证。

讨论部分指出，CyTOF发现的CD8⁺Ly6C⁺效应T细胞扩增与Tr1样CD4⁺T细胞收缩的双向改变，表明小胶质细胞IGF-1是维持CNS效应与调节适应性免疫平衡的关键因子。空间分析揭示的三大表型——TREM2成熟阻滞、CD163⁺调节性髓系细胞从CD8 T细胞微环境离散、髓系-T细胞界面Arg1丢失——存在机制关联：IGF-1缺失通过损害TREM2依赖的小胶质细胞成熟，引发组织层面免疫微环境重构，最终加剧脱髓鞘损伤。TREM2与IGF-1信号存在双向调控关系，IGF-1是TREM2介导的吞噬调控程序的上游必需信号。CD163⁺调节性髓系细胞的功能缺陷具有空间特异性，仅在T细胞接触位点Arg1表达降低，这破坏了局部精氨酸代谢介导的T细胞抑制微环境。整合模型提出，生理状态下IGF-1通过促进TREM2上调、维持DAM表型、招募CD163⁺细胞至T细胞界面并维持其Arg1表达，构建限制过度免疫损伤的调控网络；IGF-1缺失则打破该网络，导致炎性小胶质细胞聚集、调节性功能缺陷及效应T细胞失控活化。研究结论强调，小胶质细胞IGF-1不参与病毒清除，而是通过协调髓系细胞成熟与空间免疫架构，成为病毒诱导脱髓鞘过程中神经免疫稳态的核心调节因子，为多发性硬化等脱髓鞘疾病的机制研究与靶点开发提供了新视角。