神经精神性红斑狼疮(neuropsychiatric SLE,NPSLE)是系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)严重的并发症之一,涉及广泛的神经精神症状,严重影响患者生活质量并增加病死率
[1]。NPSLE的诊断主要依赖临床表现和排除其他疾病,缺乏特异性生物标志物和影像学指标
[2]。特别值得注意的是,NPSLE的中枢神经系统病变活动性与SLE全身炎症活动状态常不一致,难以准确评估病情活动度
[3]。血脑屏障(blood brain barrier,BBB)功能障碍在NPSLE发病中发挥关键作用
[4]。传统观点认为自身抗体和炎症介质通过受损BBB进入中枢神经系统,引发神经炎症和神经元损伤
[5]。既往研究主要集中于内皮细胞损伤对BBB通透性的影响,而忽视了周细胞在这一过程中的作用
[6]。周细胞作为脑微血管的重要组成部分,在BBB完整性维持中可能比内皮细胞扮演更为关键的角色
[7]。鞘氨醇-1-磷酸(Sphingosine-1-phosphate,S1P)及其受体(S1P receptors,S1PRs)信号通路在免疫调节和血管生物学中发挥重要作用
[8]。S1PR1和S1PR2在血管完整性调控中表现出拮抗作用:S1PR1促进血管稳定性,而S1PR2则与血管通透性增加相关
[9-10]。本研究旨在探索NPSLE发病过程中周细胞脱失的病理作用,明确S1P/S1PRs信号通路对周细胞功能和BBB完整性的调控机制,为NPSLE的病情评估和治疗提供新的理论基础和潜在靶点。
1 材料与方法
1.1 实验动物
SPF级MRL/lpr雌性小鼠30只及墨菲罗斯大鼠/MpJ小鼠(Murphy Roths Large/MpJ,MRL/MpJ)雌性对照鼠6只(6周龄,体质量18~22 g)由常州卡文斯实验动物有限公司提供[实验动物生产许可证号:SCXK(苏)2018-0003]。所有小鼠饲养于SPF级屏障环境,温度22~24 ℃、相对湿度50%~60%,自由摄取饲料与饮水,明暗周期12 h/12 h。本研究方案经南昌大学第一附属医院动物伦理委员会审查批准(审批号:CDYFY-IACUC-202210QR007)。
1.2 主要试剂与仪器
本研究使用抗体、二抗、试剂及仪器信息如下:抗体为兔抗S1P多克隆抗体(ABclonal)、兔抗S1PR1多克隆抗体(Proteintech)、兔抗S1PR2多克隆抗体(Proteintech)、兔抗ZO-1多克隆抗体(Proteintech)、兔抗E-cadherin多克隆抗体(Proteintech)、兔抗NG2单克隆抗体(Cell Signaling Technology)、兔抗CD31单克隆抗体(碧云天);二抗为山羊抗兔IgG HRP(Proteintech)、山羊抗小鼠IgG HRP(Proteintech)、山羊抗兔 IgG Dylight488(Abbkine)、山羊抗小鼠IgG Dylight594(Abbkine);试剂为DAPI 染色试剂盒(Sigma)、芬戈莫德(Fingolimod,FTY720)(Sigma-Aldrich)、SYL927(中国医学科学院药物研究所)、JTE-013(Tocris);仪器为荧光显微镜(NE620江南)、全自动酶标仪(Varioskan LUX赛默飞)。
1.3 方法
1.3.1 动物模型建立、分组与给药
本研究选用MRL/lpr雌性小鼠品系,该品系是国际公认的可自发发展出狼疮样疾病的动物模型,因其部分个体表现出的神经精神症状与人类患者高度相似,是研究神经精神狼疮的理想模型
[11]。MRL/MPJ小鼠则作为健康对照,尽管该品系也可能表现出免疫异常,但其狼疮症状通常在3月龄后才开始出现。从6周龄开始对所有小鼠进行神经行为学测试
[12],与基线相比,行为学指标改变幅度大于20%的MRL/lpr小鼠被定义为具有NPSLE表型。据此,将所有动物分为6组(每组
n=6):健康对照组(行为学无异常的MRL/MPJ小鼠)、SLE模型对照组(未表现出NPSLE症状的MRL/lpr小鼠)、NPSLE模型组(表现出NPSLE症状的MRL/lpr小鼠)以及3个治疗组,即S1P拮抗组、S1PR1激动组和S1PR2阻断组。所选S1P拮抗剂(FTY720)、S1PR1激动剂(SYL927)和S1PR2阻断剂(JTE-013)均基于先前的研究
[13-15],剂量选择考虑了药物的药代动力学特性及预期治疗效果。各组给药方案为每周3次,持续3周:健康对照组、SLE模型对照组和NPSLE模型组均灌胃给予0.2 mL无菌生理盐水;S1P拮抗组灌胃给予0.2 mL FTY720溶液;S1PR1激动组灌胃给予0.2 mL SYL927溶液;S1PR2阻断组则腹腔注射0.2 mL JTE-013溶液。
1.3.2 神经行为学测试
①旷场实验(ppen-field test,OFT):于测试前1 h将待测小鼠放入测试房间适应环境,测试开始后,关闭房间灯光,将小鼠置于底面为50 cm×50 cm的黑色敞箱中待其自由活动1 min后记录小鼠5 min内在场活动中的总路程和进入中央区的次数。②新物体识别实验(novel object-recognition test,ORT):实验场地为体积50 cm×50 cm×80 cm的四周封闭开敞箱。用于检测的物体是3个不同的物体:立方体A、圆锥B和圆柱体C。探索结束后用75%乙醇擦拭物体表面,去除嗅觉线索。第1天,让小鼠适应50 min,第2天进行两个阶段实验,相隔1 h。第一阶段时,将物体A和C放在相反位置,让小鼠适应10 min。第二个阶段时,物体C换成新物体B。第二阶段实验中,小鼠对物体A及B探索的时间(T)将分别被记录,计算每只小鼠的识别指数:[(TB-TA)/(TA+TB)]×100%。公式中,TA为小鼠对旧物体(A)的探索时间,TB为小鼠对新物体(B)的探索时间。③强迫游泳实验:将单只小鼠置于直径25 cm、高30 cm的圆柱形容器中,水深15 cm,水温(23±1) ℃,实验总时长6 min,并记录6 min内小鼠在水中累计不动的时间(单位:s)。
1.3.3 样本采集与处理
给药结束后,小鼠3%戊巴比妥钠3 mL/kg深麻醉,眼眶取血3 500 r/min离心(离心半径6.5 cm)15 min,取上清液并于-80 ℃保存;用预冷的生理盐水心脏灌注,冰上分离脑组织,液氮速冻至-80 ℃保存。
1.3.4 苏木精-伊红染色(hematoxylin and eosin staining,HE)
多聚甲醛固定好脑组织,经梯度乙醇脱水、二甲苯透明,石蜡包埋并切片(7~10 μm)。HE染色后封片。
1.3.5 尼氏染色
脑片制备同1.3.4。将脱蜡后的切片根据尼氏染色试剂盒进行操作,乙醇脱水,二甲苯透明后封片。200倍显微镜下观察尼氏染色情况。
1.3.6 免疫组织化学染色
脑片制备同1.3.4。冷却后PBS(pH 7.4)洗3次,0.1% Triton-X-100通透5 min,继续PBS漂洗3次,5%山羊血清封闭30 min,甩干多余液体,加入适量兔抗鼠ZO-1抗体(1∶200)、兔抗鼠E-cadherin抗体(1∶100)、兔抗鼠NG2抗体(1∶200)、兔抗鼠CD31抗体(1∶200),4 ℃下孵育过夜。切片37 ℃复温 1 h,倾倒一抗,并用0.1 mol/L PBS清洗3次。吸干PBS 液,避光条件下加入相应二抗,山羊抗兔IgG Dylight488(1∶200),37 ℃孵育30 min,PBS洗3 次。加DAB显色,显微镜下控制显色时间,阳性显色为棕黄色颗粒,观察并拍照。
1.3.7 蛋白免疫印迹法(Western blot)
取脑组织并在RIPA裂解缓冲液中匀浆,并用BCA蛋白试剂盒测定蛋白含量,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳分高等量的蛋白质,并转移到PVDF膜上,在5%脱脂牛奶中封闭1 h后,抗体稀释液稀释一抗(S1P、S1PR1、S1PR2、β-actin均按照1∶1 000稀释,ZO-1按照1∶5 000稀释),4 ℃过夜。稀释二抗(山羊抗小鼠IgG HRP 1∶5 000,山羊抗兔IgG HRP 1∶5 000稀释),将膜置于稀释后的二抗中室温摇床低速孵育1 h。然后用化学发光试剂盒对印迹进行显影,并通过Image J进行灰度和面积计算。
1.3.8 伊文思蓝测定
血脑屏障通透性根据伊文思蓝染料外渗进行评估。将2%伊文思蓝染料(4 mL/kg)注入尾静脉,使其循环1~2 h。用生理盐水经心脏灌注小鼠。然后采集大脑,移除脑膜和脉络丛,解剖皮质并称重(g)。将皮质在2 mL PBS中匀浆,然后在4 ℃下加入2 mL 50%三氯乙酸后用涡旋混合2 min,沉淀蛋白质。均质化的样品保持4 ℃ 30 min,并在18 000 g在4 ℃离心10 min。将250 μL上清液放入微量培养板中,使用酶标仪在610 nm波长下进行检测。用标准曲线计算伊文思蓝的含量。
1.4 统计学方法
采用SPSS 22.0软件进行统计分析。计量资料以均数±标准差($\bar{x} \pm s$)表示。经检验数据符合正态分布且方差齐性时,采用单因素方差分析比较组间差异;若数据不满足方差齐性,则组间多重比较采用Dunnett’s t检验。检验水准α=0.05。
2 结 果
2.1 调控S1P/S1PRs对NPSLE小鼠认知功能影响
本研究通过新物体识别、旷场及强迫游泳测试,评估了靶向S1P/S1PRs信号通路的治疗对NPSLE小鼠认知、焦虑及抑郁样病理行为的影响。在旷场测试中(
图1),NPSLE模型组小鼠表现出明显的焦虑样行为,其核心指标“中央区域停留时间”与对照组相比明显降低(
F=67.000,
P<0.001)。所有药物治疗均能明显改善此项指标(例如S1P拮抗剂治疗分析,
F=112.200,
P<0.001)。在强迫游泳测试中(
图2),NPSLE模型组的抑郁样行为加重,核心指标“静止不动时间”明显增加(
F=262.800,
P<0.001)。3种药物治疗均能有效减少静止时间(例如S1P拮抗剂治疗分析,
F=183.600,
P<0.001)。在新物体识别测试中(
图3),通过评估核心指标“分辨指数”,发现NPSLE模型组的认知功能显著受损(
F=12.800,
P<0.001)。各治疗方案均能显著提升该指数,表明治疗有效恢复了小鼠的认知缺陷(例如S1P拮抗剂治疗分析,
F=17.420,
P<0.001)。上述结果显示,靶向干预S1P/S1PRs信号通路能够有效改善NPSLE小鼠的认知障碍、焦虑和抑郁样行为。
2.2 抑制S1P/S1PRs对小鼠脑组织结构HE染色观察中神经元数量、形态和血管状态的影响
HE染色结果显示,SLE模型对照组小鼠脑组织结构完整,海马区神经元数量充足且排列有序,仅见轻度血管充血(红箭头);而NPSLE模型组表现为明显病理改变,海马区神经元明显减少,大量神经元固缩深染坏死(黄箭头),伴有炎性细胞浸润(黑箭头);经S1P拮抗剂或S1PR2阻断剂处理后,脑组织病理改变明显减轻,海马区神经元数量及形态学基本保持,仅见少量神经元坏死(黄箭头),S1PR2阻断剂组可见轻微血管扩张(红箭头);S1PR1激动剂处理组虽较模型组有所改善,但神经元损伤仍较明显(黄箭头),提示S1P/S1PRs相关通路在NPSLE病理过程中发挥重要调控作用(
图4)。
2.3 抑制S1P/S1PRs对小鼠海马区神经细胞损伤的尼氏染色观察中形态学和尼氏小体阳性面积的影响
尼氏染色结果的定性观察显示,SLE模型对照组小鼠海马区神经细胞结构完整,胞质内尼氏小体丰富;而NPSLE模型组神经细胞损伤明显,表现为细胞数量减少、出现空泡化以及尼氏小体不明显。为了对神经细胞损伤进行定量评估,本课题组分析了尼氏小体的阳性面积百分比。在3种不同的治疗方案中,各实验组(对照组、模型组、治疗组)的尼氏小体阳性面积差异有统计学意义(S1P拮抗组:
F=245.600,
P<0.001;S1PR1激动组:
F=247.800,
P<0.001;S1PR2阻断组:
F=344.100,
P<0.001)。事后多重比较分析进一步确认,经S1P拮抗剂、S1PR1激动剂或S1PR2阻断剂处理后,海马区神经细胞损伤程度均明显减轻,各处理组的尼氏小体阳性面积较NPSLE模型组均明显升高(
P<0.001),但仍低于SLE模型对照组(
P<0.001)。这些结果进一步证实S1P信号通路在NPSLE神经细胞损伤中的重要作用,以及调控该通路对神经保护的潜在价值(
图5)。
2.4 抑制S1P/S1PRs对NPSLE小鼠血脑屏障通透性的影响
通过对尾静脉注射2% EB溶液的小鼠进行心脏灌注,并用酶标仪测定脑组织EB渗透率(μg/g),以评估各组小鼠血脑屏障的通透性。各组间的EB渗漏水平存在显著的总体差异(
F=156.600,
P<0.001)。事后多重比较分析显示,与对照组相比,模型组的血脑屏障渗透性明显增加(
P<0.001);而与模型组相比,S1P拮抗组(
P<0.001)、S1PR1激动组(
P<0.001)和S1PR2阻断组(
P<0.001)的血脑屏障渗透性均减少,见
图6。
2.5 抑制S1P/S1PR2对不同给药组的小鼠脑组织中蛋白表达情况
为了探究S1P/S1PRs信号通路相关蛋白的表达变化,本课题组采用Western blot技术对脑组织样本进行检测。结果显示,各实验组在S1P(
F=155.200,
P<0.001)、S1PR1(
F=74.760,
P<0.001)、S1PR2(
F=123.900,
P<0.001)以及紧密连接蛋白E-cadherin(
F=119.100,
P<0.001)和ZO-1(
F=129.900,
P<0.001)的表达水平上均有统计学意义。事后多重比较分析显示,与SLE模型对照组相比,NPSLE模型组的S1P和S1PR2蛋白表达明显升高,而S1PR1蛋白表达降低(
P<0.01)。同时,NPSLE模型组的E-cadherin和ZO-1蛋白表达亦减少(
P<0.01)。经过治疗干预后,与NPSLE模型组相比,S1P拮抗组和S1PR2阻断组的S1P和S1PR2蛋白表达减少(
P<0.01)。S1PR1激动组的S1PR1蛋白表达则明显增加(
P<0.01)。此外,所有治疗组的E-cadherin和ZO-1蛋白表达水平均较NPSLE模型组明显增加(
P<0.01),表明治疗有效恢复了紧密连接蛋白的表达,见
图7。
2.6 NPSLE小鼠海马区内皮细胞和周细胞表达情况
通过对脑组织进行免疫荧光染色,本课题组观察了皮质微血管中内皮细胞(CD31)、周细胞(NG2)以及E-cadherin和ZO-1的分布和表达情况。各实验组在所有检测指标的蛋白表达水平上差异有统计学意义。对于内皮细胞标志物CD31的阳性面积,组间差异明显(
F=83.650,
P<0.001)。同样,周细胞标志物NG2的表达也显示出显著的组间差异(
F=43.270,
P<0.001)。在紧密连接蛋白方面,E-cadherin的表达在各组间存在显著差异(
F=125.700,
P<0.001),ZO-1的表达同样如此(
F=34.380,
P<0.001)。定性观察显示,相较于NPSLE模型组,S1P拮抗组、S1PR1激动组和S1PR2阻断剂组的小鼠E-cadherin和ZO-1表达有所增加,表明紧密连接得到增强。并且,这些治疗组的小鼠在周细胞脱失方面较NPSLE模型组有明显改善(图
8~
10)。
3 讨 论
本研究系统探讨了NPSLE小鼠模型中周细胞脱失的病理意义及S1P/S1PRs信号通路对血脑屏障的调控机制。结果显示,周细胞脱失是NPSLE血脑屏障功能障碍的关键早期事件,S1P/S1PRs信号失衡在病理过程中发挥核心作用。
NPSLE小鼠表现出典型的认知障碍、焦虑和抑郁样行为,与人类患者临床表现高度一致
[16]。病理学检查显示海马区神经元大量丢失,存活神经元固缩坏死,伴有炎性细胞浸润。尼氏染色证实神经细胞严重损伤,支持NPSLE神经精神症状源于中枢神经系统实质性损伤
[17]。这种神经损伤与血脑屏障破坏密切相关,提示两者间可能存在相互关系。分子水平上,NPSLE小鼠S1P和S1PR2表达上调,S1PR1及紧密连接蛋白ZO-1、E-cadherin表达下降
[18]。S1PR1通过Gi-PI3K通路促进血管稳定,而S1PR2通过G12/13-Rho-ROCK轴增加血管通透性
[9-10]。正常状态下两者平衡维持血管屏障完整性,但NPSLE中S1PR2过度表达和S1PR1相对不足打破了这种平衡,导致血脑屏障受损。
靶向干预S1P/S1PRs通路显示良好治疗效果。FTY720、SYL927和JTE-013均能改善病理表现,但S1P拮抗剂和S1PR2阻断剂效果优于S1PR1激动剂。这种差异反映了疾病状态下的信号失衡特点,由于S1PR2过度激活是血脑屏障损伤的主要驱动力,直接阻断上调的S1PR2比激活下调的S1PR1更有效。S1PR2还能激活SAPK和NF-κB等炎症通路,放大炎症反应
[19],因此阻断S1PR2能同时抑制多条致病通路。关于S1P/S1PRs与周细胞的相互作用,Armulik A等
[7]证明周细胞是血脑屏障完整性的必需组分。Yanagida K等
[20]发现S1P通过S1PR1调节周细胞增殖和迁移,Kono M等
[21]证实周细胞S1PR2参与血管紧张度调控。本研究的免疫荧光显示NPSLE小鼠NG2阳性周细胞覆盖率明显降低,这种脱失与S1P/S1PRs失衡高度相关。药物干预后周细胞覆盖率恢复伴随血脑屏障功能改善,提示该通路在周细胞功能调控中的关键作用。伊文思蓝实验直接证实血脑屏障功能改变。NPSLE模型组通透性明显增加,3种药物均能有效降低染料渗漏。这与分子变化一致,药物不仅恢复了紧密连接蛋白表达,还改善了周细胞覆盖率。血脑屏障恢复伴随神经病理损伤减轻,包括海马神经元增加和尼氏小体恢复。这揭示了保护周细胞和血脑屏障可阻断外周炎症因子进入中枢,减轻神经炎症和损伤,改善神经精神症状。为NPSLE治疗提供了新策略,即通过靶向血管系统保护神经系统。
不同给药途径基于药理学考虑和临床转化潜力。FTY720作为FDA批准的口服药物,安全性已被验证,可直接用于临床研究。SYL927具有高选择性和低不良反应。JTE-013虽采用腹腔注射,但其优异疗效提示S1PR2阻断策略的潜力
[22-23]。3种药物均能有效穿透血脑屏障,为比较研究提供了基础。尽管取得一些进展,本研究仍有局限。MRL/lpr模型与人类NPSLE存在差异,对全身免疫调控研究不足,S1P/S1PRs通路精确机制仍需阐明。未来应深入探索周细胞脱失的触发机制、评估联合治疗策略、开发基于周细胞功能的生物标志物。考虑到视网膜与脑微血管的相似性,探索视网膜评估作为无创监测工具具有重要前景。
综上所述,本研究揭示了周细胞脱失在NPSLE发病机制中的关键作用,深入阐明了S1P/S1PRs信号通路在调控周细胞功能和血脑屏障完整性中的重要意义。本研究显示,靶向干预S1P/S1PRs信号通路可以有效保护周细胞功能,维持血脑屏障完整性,从而在分子、细胞、组织和行为学多个层面明显减轻NPSLE相关的神经精神损害。这些发现不仅为理解NPSLE的发病机制提供了新的视角,更为NPSLE的病情评估和治疗提供了具有重要临床转化价值的新理论基础和潜在治疗靶点。