2023年6月6日，來自希臘巴斯德研究所神經(jīng)生物學系細胞和分子神經(jīng)生物學-干細胞實驗室Florentia Papastefanaki團隊在Cells上發(fā)表“Brain Infection by Group B Streptococcus Induces Inflammation and Affects Neurogenesis in the Adult Mouse Hippocampus”，揭示了B族鏈球菌的腦部感染誘導炎癥并影響成年小鼠海馬體的神經(jīng)發(fā)生。
病原體穿過血腦屏障引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染極具破壞性，并會引發(fā)細胞改變和神經(jīng)炎癥。特別是細菌性腦部感染是海馬神經(jīng)元變性的主要原因。海馬神經(jīng)發(fā)生是成人大腦一生中發(fā)生的連續(xù)多步過程，可以補償這種神經(jīng)元損失。 然而，細菌性腦膜炎/腦炎的認知和其他后遺癥發(fā)生率很高，這表明內(nèi)源性修復機制可能受到嚴重影響。在當前的研究中，作者使用B組鏈球菌(GBS)菌株NEM316建立成年小鼠腦部感染模型并確定其對成年神經(jīng)發(fā)生的影響。實驗性腦炎通過抑制祖細胞的增殖和新生神經(jīng)元的產(chǎn)生，引起神經(jīng)功能缺損和死亡，誘發(fā)炎癥，并影響成年海馬齒狀回的神經(jīng)發(fā)生。這些影響與海馬神經(jīng)發(fā)生特別相關，而腦室下區(qū)神經(jīng)發(fā)生不受影響。總的來說，該研究提供了關于GBS感染對成人大腦神經(jīng)發(fā)生影響的新見解。
圖一 GBS感染在小鼠大腦中誘導炎癥和外周免疫細胞浸潤
作者首先驗證了感染72小時后處死的存活小鼠大腦中GBS的存在。免疫熒光檢測發(fā)現(xiàn)在脈絡叢、側腦室和第三腦室周圍、杏仁核和皮質以及腦實質中檢測到GBS。接下來探究GBS的存在是否會引起大腦內(nèi)的炎癥免疫反應。GBS和CD68（活化巨噬細胞/小膠質細胞的標志物）的雙重免疫熒光揭示了GBS染色在CD68+細胞中的共定位，表明小膠質細胞/巨噬細胞活化和吞噬作用正在進行。這在實質中的簇狀細胞的情況下尤為明顯，其中CD68在GFP附近或周圍被檢測到，反映了激活的CD68+小膠質細胞/巨噬細胞吞噬GFP+細菌進行吞噬作用。
圖二 GBS腦部感染和神經(jīng)炎癥
鑒于對受感染小鼠腦部活動性炎癥的初步觀察，作者進一步檢測了海馬齒狀回神經(jīng)炎癥的兩個主要特征，即星形膠質細胞增生，由星形膠質細胞中膠質纖維酸性蛋白(GFAP)的表達水平估計，以及小膠質細胞增生，通過對離子化鈣結合銜接分子1(Iba-1)和CD68進行雙重免疫染色評估，當共表達時標記激活的巨噬細胞/小膠質細胞。與對照組相比，注射GBS后熒光沒有明顯變化。此外，還評估了外周T和B淋巴細胞的浸潤。分別標記 T (CD3+/CD45+)和B(CD3-/CD45+) 淋巴細胞的CD3和CD45雙重免疫染色揭示了T細胞和B細胞在GBS感染小鼠大腦中的浸潤，特別是在以下區(qū)域腦膜和脈絡叢。此外觀察到受感染動物的腦實質中存在T和B細胞簇，對照組中并沒有。
圖三 GBS腦部感染對海馬齒狀回顆粒下區(qū)神經(jīng)源性生態(tài)位的影響
為了分析齒狀回中海馬神經(jīng)源性生態(tài)位對GBS感染的反應，在感染后72小時對冠狀腦切片進行了多重免疫熒光標記。作者使用Ki67（增殖標記）和特定于神經(jīng)發(fā)生的不同細胞階段的標記評估了NSC的增殖。與對照組相比，GBS感染小鼠的增殖細胞總數(shù)呈下降趨勢。當作者研究SGZ神經(jīng)源性生態(tài)位中存在的不同增殖細胞群時，發(fā)現(xiàn)兩組小鼠之間存在顯著差異。特別是，在GBS感染后，Sox2+/Ki67+增殖的NSCs顯著減少。此外，MASH1+/Ki67+細胞對應于快速增殖的轉運擴增前體細胞群，在GBS感染的小鼠中明顯減少。同樣，與對照小鼠相比，GBS感染小鼠的增殖神經(jīng)母細胞顯著減少。與此一致，GBS感染小鼠的SGZ中有絲分裂后新生神經(jīng)元(DCX+/Ki67)數(shù)量也顯著減少。
圖四 感染后海馬中PV陽性神經(jīng)元和BDNF的免疫檢測降低
作者檢測了海馬神經(jīng)源性生態(tài)位中表達小清蛋白的中間神經(jīng)元數(shù)量可能發(fā)生的變化，因為它們在支持該區(qū)域新生神經(jīng)元存活的作用。通過免疫熒光觀察到齒狀回中小白蛋白陽性細胞數(shù)量顯著減少。接著檢測了海馬體損傷（已知會導致學習和記憶受損）與腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)（大腦中分布最廣的生長因子）之間的相關性。BDNF主要在海馬苔蘚纖維投射中表達，即終止于苔蘚細胞和CA3錐體神經(jīng)元的齒狀回顆粒細胞的無髓鞘軸突，這對空間記憶的形成和鞏固尤其重要。BDNF調節(jié)神經(jīng)元存活、突觸傳遞和突觸可塑性，BDNF的免疫熒光標記顯示，在GBS感染后72小時數(shù)量顯著減少。
圖五 GBS腦感染對腦室下區(qū)神經(jīng)源性生態(tài)位的影響
鑒于GBS感染對SGZ神經(jīng)源性群體的影響，于是作者檢測SVZ的神經(jīng)源性生態(tài)位是否有類似的反應。與SGZ不同，在SVZ中，兩組在任何增殖前體細胞類型中均未發(fā)現(xiàn)明顯差異。有絲分裂后DCX+/Ki67新生神經(jīng)元的數(shù)量在兩組之間沒有差異。此外，當作者檢測一組2小時的細胞進入細胞周期的S期時，兩組小鼠之間的各種SVZ細胞群之間沒有顯著差異。
綜上所述，GBS相關腦膜炎會損害成人神經(jīng)發(fā)生，特別是在海馬體中，并且與增殖的NSC和成神經(jīng)細胞數(shù)量減少有關，從而導致SGZ中有絲分裂后神經(jīng)元數(shù)量減少。此外，作者觀察到BDNF水平降低，以及PV陽性中間神經(jīng)元數(shù)量減少，這兩者都參與成人神經(jīng)發(fā)生。這些影響可以通過GBS內(nèi)毒素或/和外毒素與宿主腦細胞群的相互作用直接介導和/或通過激活的小膠質細胞和浸潤外周免疫細胞的炎癥反應間接介導?？傊?/span>該研究為GBS感染和由此產(chǎn)生的神經(jīng)功能缺陷提供了新的見解，拓寬了對疾病發(fā)病機制的理解。
https://www.mdpi.com/2073-4409/12/12/1570
特別鳴謝
