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跨膜蛋白 119 既不是小胶质细胞的特异性标志物,也不是可靠的标志物

2022-04-26 09:59:50

2022年3月5日,Elise Vankriekelsvenne教授在《RESEARCH》杂志上发表了一篇名为Transmembrane protein 119 is neither a specific nor a reliable marker for microglia的文章,文章表明,在多种病理条件下,小胶质细胞中的跨膜蛋白11(TMEM119)表达明显下调;其他细胞类型(即滤泡树突状细胞、棕色脂肪织)也表达TMEM119;证明了TMEM119既不是小胶质细胞的特异性标志物,也不是可靠的标志物。

小胶质细胞是中枢神经系统(CNS)的常驻先天免疫细胞,与大多数巨噬细胞一样起源于卵黄囊,在妊娠第4周到第24周之间迁移到人类中枢神经系统,实现传播和分枝。小胶质细胞在维持中枢神经系统内的免疫稳态中具有关键作用,也与许多神经退行性疾病有关,例如帕金森病、多发性硬化症(MS)和阿尔茨海默病。小胶质细胞监控大脑内环境中的微小变化(如离子浓度的变化),确保在必要时转变为促炎状态。这种激活表型具有高度可塑性,促使小胶质细胞能够快速适应炎症环境。

研究人员需要区分小胶质细胞、外周单核细胞以及巨噬细胞以确定小胶质细胞对神经退行性疾病和神经炎症疾病发展的影响,后两者在神经炎症条件下同样被招募。在中枢神经系统中,小胶质细胞在生理条件下表现出高度分枝的细胞形状,而单核细胞和巨噬细胞表现出恒定的变形虫形状。根据细胞的不同形态,可以区分三者。但中枢神经系统内的病理变化会诱导细胞分化,其中小胶质细胞会收缩并变成变形虫形式(即活化的小胶质细胞)。大脑驻留的小胶质细胞和外周巨噬细胞之间的形态学区别则变得极具挑战性。

近年来,研究人员已使用各种方法来鉴定能够可靠区分小胶质细胞、外周单核细胞以及巨噬细胞的特征标志物。TMEM119 是一种I型跨膜蛋白,研究人员利用免疫组织化学、流式细胞术和原位杂交等实验方法对 TMEM119 的分析表明,TMEM119 有望成为人类和小鼠组织中小胶质细胞表面标记物。

文章中,研究人员深入探讨了 TMEM119 作为小胶质细胞特征标志物在各种神经病理学条件下的可靠性。

此前有学者提出,早期激活的小胶质细胞中 TMEM119 的表达降低。对此,研究人员在诱导的少突胶质细胞损伤模型中验证这一结果。小鼠分别用铜酮麻醉1周和3周,在白质胼胝体中分析髓鞘形成和小胶质细胞活化。用TMEM119抗体和IBA1抗体进行免疫荧光双标实验,在单个细胞水平上验证这些数据。在不同的实验组中分析具有清晰小胶质细胞形态(即通过IBA1染色确定的分枝细胞形态)的细胞相对 TMEM119 荧光强度时,研究人员发现1周和3周铜宗中毒小鼠的平均 TMEM119 表达明显下调(如图1)。

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图1:Cuprizone 模型中的 TMEM119 + 细胞密度和小胶质细胞 TMEM119 表达

     之后,研究人员在另一种神经炎症疾病小鼠模型(即 EAE)中检测了TMEM119的表达。在EAE模型中,大量外周免疫细胞,尤其是 Th1/Th17 淋巴细胞和单核细胞,被募集到 CNS 中并导致炎症性脱髓鞘病变。研究结果如图2所示,与对照小鼠相比,EAE中小胶质细胞中的平均 TMEM119 表达下调。

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图2:TMEM119 在实验性自身免疫性脑脊髓炎 (EAE) 脊髓中的表达

研究人员进一步在 MS 组织中检测了TMEM119的表达是否也下调。与对照患者的白质相比,MS 患者的正常外观白质 (NAWM) 中的 IBA1+ 细胞密度适度增加。当研究人员量化单个 IBA1 + 细胞的平均 TMEM119 表达时,观察到 TMEM119 表达下降。总之,这些数据表明在 MS 组织和相关的体内动物模型中,TMEM119 表达在早期小胶质细胞激活期间下调。

接下来,研究人员针对小胶质细胞 TMEM119 表达的丧失是否是炎症和细胞退行性脱髓鞘模型的特征进行深入研究。

在应用的局灶性实验性中风模型中,研究人员评估了半影区遮挡后4小时和3天的IBA1和TMEM119表达。如图3所示,在梗死后 3 天,新皮质半影区内 IBA1+ 细胞密度适度增加。相比之下,TMEM119抗体标记显示 TMEM119+ 细胞密度在 4 小时内略有下降,在闭塞后 3 天明显下调。与相同小鼠的相应对侧大脑区域相比,皮质缺血半影区的 IBA1+ 细胞密度更高。与对侧相比,同侧的 TMEM119+ 细胞密度值较低。

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图3:小鼠中风模型半影区中 TMEM119 + 细胞的密度


之后,研究人员利用帕金森病模型来研究TMEM119在早期激活的小胶质细胞中的表达。在 6-OHDA 注射后1天和4天,在黑质中观察到 IBA1+细胞密度显着增加。这种增加与 TMEM119+ 细胞密度在 1 d 时适度降低同时发生,这在注射后4d时更加明显(图4)。当量化 IBA1+ TMEM119+ 细胞与黑质中所有 IBA1+ 细胞的百分比时,在6-OHDA 注射后1天和4天可以观察到双阳性细胞明显减少。

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图4:立体定向 6-OHDA 注射后黑质中的 TMEM119 表达和小胶质细胞活化。

到目前为止,研究人员已经证明 TMEM119 免疫染色低估了小胶质细胞活化的真实程度.在最后一步中,研究人员质疑 TMEM119 的表达是否特异于小胶质细胞。为此,研究人员处理了小鼠脾脏和淋巴结组织用于TMEM119抗体免疫组织化学。研究发现表达 TMEM119 的细胞存在于两个次级淋巴器官中。随后,对小鼠淋巴结进行 TMEM119/podoplanin 以及 TMEM119/FDC-M1 双标记确定了滤泡树突细胞上TMEM119的存在,进而发现 TMEM119 在棕色脂肪组织中也有较多的表达(如图 5)

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图5:TMEM119 在次级淋巴器官和棕色脂肪组织中的表达

在这项研究中,研究人员证明了早期激活的小胶质细胞在四种不同的动物模型中TMEM119 的表达明显下调:Cuprizone、EAE、局灶性中风模型和模拟帕金森病病理特征模型。在慢性活动性 MS 病变区域也发现TMEM119的表达下调,这表明在早期小胶质细胞激活期间,TMEM119 表达下调甚至丧失不仅限于小鼠,也与人类病理状况有关。

以当前的科研水平,虽然可以肯定小胶质细胞在早期激活期间可以完全失去 TMEM119 的表达,但其潜在机制目前尚不清楚。研究人员认为小胶质细胞去分化可能起决定性作用。

去分化是一个细胞过程,细胞通过该过程反向发育,从部分或终末分化阶段发展到其谱系内的低分化阶段。一般来说,这种现象表现为形状、基因表达模式、蛋白质表达模式和功能的变化。去分化过程已在各种细胞类型中得到描述,包括软骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞和施万细胞。关于中枢神经系统,最近的研究表明,星形胶质细胞和少突胶质细胞可以在损伤后去分化,并可能重新获得神经干细胞潜能。

最近的信使 RNA 分析表明小胶质细胞有数百个转录本表现出高表达,而这些转录本在其他巨噬细胞中表达较低,包括 TMEM119。众所周知,一旦从脑组织中分离出小胶质细胞,它们的转录组就会迅速变化,那些被认为是小胶质细胞独有的转录本明显下调。

文章中,研究人员首先检查了cuprizone 模型中的小胶质细胞。在这个模型中,基因表达谱研究表明,铜宗中毒开始后1周,局部微环境发生明显变化。这些病理变化可能导致小胶质细胞去分化,导致TMEM119表达下调。由于 TMEM119 在小胶质细胞中的表达在各种实验条件下被下调,阐明许多病理共有的导致小胶质细胞去分化的关键因素和途径,对于理解它们在神经系统疾病中的作用至关重要。

最后,研究人员讨论了 TMEM119 作为小胶质细胞标记物的特异性。证明TMEM119也在淋巴结和棕色脂肪组织中表达,这表明 TMEM119 不是小胶质细胞特有的,中枢神经系统以外的其他细胞类型也表达。值得注意的是,虽然 IBA1+ 细胞可以代表任何骨髓细胞,但应该强调的是,生理 CNS 中任何独特的 TMEM119+ 细胞都极有可能代表小胶质细胞,这使得TMEM119成为健康CNS中稳态小胶质细胞的可靠标记蛋白。

总体而言,这项研究表明,TMEM119 既不是一种特定的小胶质细胞标记蛋白,也不是所有的小胶质细胞都表达,尤其是在细胞应激状态下。目前,科研人员已经开发了新的转基因系来使用 TMEM119 启动子标记小胶质细胞。TMEM119 表达下调可能会使结果产生偏差,因此,在使用这些小鼠模型时应该考虑这些特殊情况,以获得更为准确的实验结果。


宁波易赛腾生物科技有限公司    李福云编译 

原文链接:

https://www.researchgate.net/publication/359025268_Transmembrane_protein_119_is_neither_a_specific_nor_a_reliable_marker_for_microglia

 

 


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