运动激素鸢尾素（irisin）在多发性硬化症小鼠模型中发挥神经保护作用

《Nature Metabolism》：The exercise hormone irisin has neuroprotective effects in a mouse model of multiple sclerosis

　　

有氧运动是多发性硬化症（multiple sclerosis, MS）的疾病修饰干预手段，可改善MS患者的多项进行性神经功能缺损症状。研究人员发现，运动激素鸢尾素（irisin）介导了运动在MS实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE）小鼠模型中的神经保护作用。研究显示，自愿自由跑轮运动可保护EAE小鼠免受炎症诱导的神经退行性变，但在缺乏Fndc5/irisin的小鼠中，此类神经保护作用被完全消除。外周递送鸢尾素可提高血浆鸢尾素水平，减少EAE的临床症状及神经元丢失。尽管外周鸢尾素未改变EAE的外周与中枢免疫反应，但其可在脊髓神经元中诱导直接的神经保护基因程序，维持突触与线粒体活性，该作用可能通过直接与运动神经元结合实现。综上，上述结果表明，运动诱导的鸢尾素在炎症驱动的神经退行性疾病中发挥直接神经保护作用，使其成为MS的潜在治疗候选靶点。

本研究发表于《Nature Metabolism》，针对多发性硬化症（MS）缺乏直接靶向神经元、阻断炎症诱导神经退行性变的获批疗法这一临床痛点，以MS经典动物模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）为核心研究对象，证实运动诱导的分泌型蛋白鸢尾素（irisin，纤维连接蛋白Ⅲ型结构域包含蛋白5（FNDC5）的剪切形式）是运动神经保护作用的关键分子介质，为MS的疾病修饰治疗提供了新的候选靶点。

研究采用的关键技术方法包括：使用C57BL/6J野生型小鼠与全身Fndc5敲除（KO）小鼠构建EAE模型，设置8周自愿自由跑轮运动干预组与对照组；通过尾静脉注射携带鸢尾素编码序列的腺相关病毒8型（AAV8–irisin–Flag）实现外周长期递送鸢尾素，并设置AAV8–GFP对照组；采用多重光谱流式细胞术纵向分析外周血与脊髓浸润免疫细胞亚群比例及活化状态；通过流式分选脊髓NeuN⁺神经元核与NeuN^?非神经元核进行转录组测序（RNA-seq），开展差异基因表达与基因集富集分析（GSEA）；结合免疫荧光染色、苏木精-伊红（H&E）染色、勒克司坚牢蓝（LFB）髓鞘染色、透射电子显微镜（TEM）、细胞色素c氧化酶（COX）组织化学等技术，分别从组织、细胞与超微结构层面验证鸢尾素的神经保护效应；通过重组鸢尾素蛋白腹腔注射与免疫荧光定量，验证鸢尾素与脊髓运动神经元的直接结合及受体表达特征。

遗传缺失Fndc5/irisin消除跑轮运动的EAE神经保护作用

研究人员首先证实，8周自愿跑轮运动可使野生型EAE小鼠的临床峰值后恢复能力提升，脊髓腹角与灰质区NeuN⁺存活神经元数量显著增加，同时伴随腓肠肌Fndc5 mRNA表达上调。而在全身Fndc5 KO小鼠中，尽管跑轮运动量、肌肉氧化能力改变与野生型一致，但运动不再改善EAE临床症状，也无法减少脊髓神经元丢失，证明鸢尾素是运动发挥EAE神经保护作用所必需的分子。

外周递送鸢尾素挽救EAE神经元丢失并改善疾病结局

研究人员通过尾静脉AAV8–irisin–Flag注射，使EAE小鼠肝脏持续表达鸢尾素，血浆鸢尾素水平显著升高。结果显示，鸢尾素处理组EAE小鼠的临床恢复评分提高，脊髓腹角、全灰质区NeuN⁺神经元与ChAT⁺运动神经元丢失均被挽救，海马CA1区神经元存活增加，视网膜神经节细胞（RGCs，BRN3A⁺）丢失减少，同时情境恐惧条件反射（CFC）测试显示海马依赖的记忆功能恢复。组织学分析未发现鸢尾素对脊髓髓鞘、炎性病灶面积、CD3⁺T细胞浸润、胶质纤维酸性蛋白（GFAP）⁺星形胶质细胞活化或IBA1⁺小胶质细胞/巨噬细胞数量的显著影响。

外周鸢尾素不改变EAE的外周与中枢免疫反应

研究人员通过纵向采集外周血与峰值期脊髓组织，采用光谱流式细胞术分析免疫细胞亚群。结果显示，EAE进程中外周血髓系细胞比例升高、淋巴细胞比例降低，但鸢尾素处理组与对照组的各免疫细胞亚群比例、活化标志物及细胞因子表达均无显著差异；脊髓内浸润免疫细胞亚群比例、CD45⁺小胶质细胞活化状态、炎性病灶特征与视神经胶质细胞活化也无显著变化，表明鸢尾素的神经保护作用独立于免疫调节效应。

外周鸢尾素在EAE中诱导脊髓神经元神经保护基因程序

研究人员对EAE峰值期的脊髓NeuN⁺与NeuN^?细胞核进行RNA-seq分析。结果显示，鸢尾素处理仅引起NeuN⁺神经元核中1017个差异表达基因（DEGs）的显著变化，NeuN^?组分仅2个免疫相关基因下调。GSEA分析显示，神经元中上调的基因主要富集于有氧线粒体转运体电位、突触前密度与树突发育通路，包括突触（如Gria2、Syt7）与线粒体（如Atp5h、Cox4i1）功能相关基因。该转录特征与已发表的跑轮运动诱导的脊髓神经元转录变化重叠率达10%，并可逆转EAE中50个异常表达的基因，其中6个为突触与线粒体功能相关基因。

外周鸢尾素与运动挽救EAE的突触丢失与线粒体活性

研究人员通过免疫荧光与电镜验证，鸢尾素处理与自愿跑轮运动均可挽救EAE脊髓腹角的突触丢失，增加突触数量与运动神经元胞膜突触覆盖比例。超微结构分析显示，鸢尾素未改变峰值期运动神经元线粒体的数量与形态，但显著提高了脊髓腹角与灰质的COX活性（线粒体复合物IV活性），跑轮运动组也观察到一致的线粒体活性增强效应。

鸢尾素结合EAE脊髓运动神经元

研究人员通过腹腔注射重组鸢尾素蛋白，结合免疫荧光定量发现，EAE小鼠脊髓腹角NeuN⁺神经元内的鸢尾素信号显著高于健康对照组，且不与GFAP⁺星形胶质细胞结合。进一步分析已发表的EAE单细胞测序数据集发现，整合素β5亚基（Itgb5）仅在EAE脊髓运动神经元中特异性上调，免疫荧光验证也证实峰值期EAE小鼠脊髓腹角运动神经元表面αVβ5整合素受体表达显著升高，提示炎症条件下运动神经元通过上调受体实现鸢尾素的直接结合。

讨论与结论

研究人员指出，鸢尾素通过独立于免疫调节的直接神经元作用发挥保护效应，其机制为结合EAE中上调的αVβ5整合素受体，诱导神经元内突触与线粒体功能相关基因表达，维持突触结构与线粒体复合物IV活性，最终减少多区域神经元丢失并改善行为功能。该研究首次在自身免疫性神经炎症模型中明确鸢尾素的直接神经保护机制，区别于其在阿尔茨海默病与帕金森病模型中的作用路径，为MS尤其是进展期的神经保护治疗提供了全新的候选靶点。研究同时强调，运动的获益具有多效性，鸢尾素并非唯一介质，后续仍需在更多模型中验证其转化潜力。