文獻解讀：Smek1在脫髓鞘疾病中發(fā)揮保護作用

山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院的研究團隊近日發(fā)現(xiàn)，Smek1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病中發(fā)揮保護作用。這項發(fā)表在《Journal of Neuroinflammation》上的成果拓寬了我們對自身免疫性脫髓鞘疾病發(fā)病所涉及到的遺傳因素的了解。
 

近年來，中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病的發(fā)病率呈逐年升高趨勢，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。臨床上較常見的脫髓鞘疾病包括多發(fā)性硬化癥和視神經(jīng)脊髓炎等。實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）是多發(fā)性硬化癥（MS）的一種動物疾病模型，其特征是免疫系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的異常免疫功能引起脫髓鞘。

目前，尚不清楚遺傳因素如何促成了MS和EAE中的神經(jīng)炎癥。SMEK1是蛋白磷酸酶4（PP4）的調(diào)節(jié)亞基，可調(diào)節(jié)PP4催化亞基的活性，通過未知機制導(dǎo)致其目標底物的去磷酸化。在這項研究中，研究人員探究了SMEK1的部分功能缺失如何導(dǎo)致MS和EAE的發(fā)生。

Smek1缺乏導(dǎo)致EAE模型的癥狀更嚴重
研究人員先構(gòu)建了Smek1條件性基因敲除小鼠（Smek1 flox小鼠由賽業(yè)生物提供）。為了研究Smek1在自身免疫性脫髓鞘中的作用，他們用髓鞘少突膠質(zhì)細胞糖蛋白（MOG）35-55肽段在Smek1-/+小鼠（雜合的Smek1條件性基因敲除小鼠）和野生型小鼠中建立了EAE模型，并記錄了其臨床癥狀。實驗數(shù)據(jù)表明，EAE小鼠中Smek1的雜合性導(dǎo)致炎癥浸潤增加和嚴重的病理損傷。

Smek1雜合性促進小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞激活
研究人員假設(shè)，Smek1的雜合表達可能足以促進小膠質(zhì)細胞的激活并介導(dǎo)神經(jīng)炎癥。后續(xù)的實驗證實了這一點。與野生型小鼠相比，Smek1-/+ EAE小鼠顯示出數(shù)量更多且染色強度更高的活化小膠質(zhì)細胞。人小膠質(zhì)細胞系 HMO6的Smek1基因敲除和過表達實驗也證實，Smek1的缺乏導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞的激活和IL-1β的釋放。

之后，通過單細胞轉(zhuǎn)錄組分析，小鼠小膠質(zhì)細胞被分為四個群體。大多數(shù)野生型細胞集中在cluster 0和1，而Smek1-/-細胞主要出現(xiàn)在cluster 2和3。同時，Smek1-/- cluster 3中IL-1β的表達水平高于野生型（圖1）。這表明，Smek1-/-小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在預(yù)激活和促炎的小膠質(zhì)細胞。
 

圖1. 小膠質(zhì)細胞可分為四個細胞簇

與此同時，他們還在cluster 3中發(fā)現(xiàn)了一種新的Csf1+小膠質(zhì)細胞（圖2），Csf1是髓系細胞發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，支持不同的小膠質(zhì)細胞亞群。Smek1-/-小鼠中的Csf1+ 小膠質(zhì)細胞高水平表達IL-1β和趨化因子，表明在Smek1部分或完全喪失功能的情況下，這種新的細胞可能具有預(yù)激活表型，從而導(dǎo)致神經(jīng)炎癥。
 

圖2. Smek1缺陷小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)中出現(xiàn)Csf1+小膠質(zhì)細胞

由于小膠質(zhì)細胞來源于卵黃囊巨噬細胞，而它也可以分化成外周巨噬細胞，研究人員假設(shè)Smek1-/+巨噬細胞也導(dǎo)致了神經(jīng)炎癥。他們發(fā)現(xiàn)，Smek1雜合子外周中的F4/80+ IL-1β+巨噬細胞比例升高，且脾臟中巨噬細胞IL-1β熒光強度升高。后續(xù)分析表明，Smek1-/+巨噬細胞也在“靜息”狀態(tài)下被預(yù)激活，并過表達IL-1β導(dǎo)致炎癥發(fā)生。

Smek1通過調(diào)節(jié)IDO1-AhR通路來維持免疫抑制功能
由于髓鞘中CD4+ 輔助性T細胞的活化對MS的發(fā)病至關(guān)重要，他們接下來分析了CD4+ T細胞是否參與了Smek1-/+小鼠的EAE惡化。他們發(fā)現(xiàn)，Smek1-/+小鼠的Th1細胞分泌的IFN-γ低于對照小鼠，同時吲哚胺2,3-雙加氧酶1 （IDO1）的表達水平也下調(diào)。這些結(jié)果表明，當Smek1部分缺失時，Th1細胞在活化后下調(diào)IFN-γ，并通過IFN-γ/STAT1軸來抑制IDO1的表達。之前的證據(jù)表明，IFN-γ在EAE中發(fā)揮有益作用，因此IFN-γ降低可能是疾病發(fā)展的風(fēng)險因素。

此外，他們還發(fā)現(xiàn)，IDO1活性降低導(dǎo)致AhR核易位功能障礙，Smek1-/+ EAE小鼠脊髓細胞中的AhR信號降低。AhR是IL-10的陽性轉(zhuǎn)錄因子，而IL-10可抑制炎癥反應(yīng)。在分析EAE小鼠的IL-10表達后，他們發(fā)現(xiàn)Smek1-/+小鼠的臨床評分與IL-10水平呈負相關(guān)，而且在小鼠脾臟和淋巴結(jié)Th2細胞中檢測到IL-10水平降低。這些結(jié)果表明，IDO1-AhR通路的下調(diào)破壞了Smek1-/+小鼠髓系細胞的免疫抑制，與Smek1-/+ EAE小鼠的臨床癥狀惡化密切相關(guān)（圖3）。
 

圖3. EAE發(fā)病機理的示意圖

總結(jié)
作者認為，Smek1通過介導(dǎo)小膠質(zhì)細胞預(yù)激活在維持小膠質(zhì)細胞穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。多發(fā)性硬化癥患者的外周血單核細胞和腦組織中的Smek1均下調(diào)。因此，Smek1的減少（與Smek1雜合性類似）可能作為一個敏感的因素，在其他遺傳或環(huán)境因素的共同作用下導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病。因此，Smek1也許可作為一個靶點，來開發(fā)多發(fā)性硬化癥的早期干預(yù)治療。

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原文檢索：
Duan, RN., Yang, CL., Du, T. et al. Smek1 deficiency exacerbates experimental autoimmune encephalomyelitis by activating proinflammatory microglia and suppressing the IDO1-AhR pathway. J Neuroinflammation 18, 145 (2021). https://doi.org/10.1186/s12974-021-02193-0

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