IL-1beta在慢性缺血性脑白质病变早期的作用及机制研究

Chronic ischemic cerebral white matter disease is a common neurologic injury, which will induce white matter rarefaction, myelin impairment and dementia. In clinical therapy, until now there are no effective agents to reverse the chronic ischemic cerebral white matter disease or to prevent its progression, so it is very necessary to elucidate its pathogenesis. In the preliminary experiment, we for the first time found that the oligodendrocyte progenitor cell (OPC) in the white matter and the migrating OPC increased, but the oligodendrocyte lost with the occurrence of autophagy at the early phase of chronic ischemic cerebral white matter disease, meanwhile, the expression of IL-1beta upregulated. Moreover, administration of IL-1 receptor selective antagonist (IL-1Ra) obviously alleviated the chronic ischemic cerebral white matter lesions and the cognitive impairment, which suggests that IL-1beta plays an important role in the early phase of chronic ischemic cerebral white matter disease. However, its detailed mechanism is quite unclear. This project will investigate the effect of IL-1beta on chronic ischemic cerebral white matter disease and the involved mechanism as inhibiting the migration of OPC and promoting the autophagy in oligodendrocyte to induce its injury by using the IL-1 receptor 1 knock-out mice and RNA interference. Moreover, the effect of IL-1Ra on chronic ischemic cerebral white matter disease will also be evaluated. This project will give more evidence to elucidate the pathogenesis and supply new target to prevent or treat the chronic ischemic cerebral white matter disease.

目前临床上针对慢性缺血性脑白质病变尚无非常有效的治疗手段，因此很有必要阐明其发病机制。课题组在前期工作中首次发现在慢性脑缺血早期脑白质区域及向白质迁移的少突胶质前体细胞（OPC）明显增多，并且少突胶质细胞发生自噬和丢失，同时小胶质细胞高表达IL-1 beta。预实验还发现早期给予IL-1受体拮抗剂（IL-1Ra）可以明显减轻慢性缺血后脑白质损伤程度，改善认知功能，提示IL-1 beta在慢性缺血性脑白质病变早期可能发挥了重要作用，但其具体作用机制尚不清楚。本课题将利用IL-1受体1基因敲除小鼠及RNA干扰等手段，着重研究IL-1 beta在慢性缺血性脑白质病变早期的作用，包括对OPC迁移的抑制作用和机制，及对少突胶质细胞自噬性损伤的作用，同时评价IL-1Ra在慢性缺血性脑白质病变早期的治疗作用。本研究将为阐明慢性缺血性脑白质病变的发病机制提供更多理论基础，并为早期防治提供新的靶点和途径。

慢性缺血性脑白质病变引起的痴呆在临床上非常常见。针对此类病变，目前临床上主要以控制危险因素等防范措施为主，现有的药物治疗的疗效有限，且不能有效逆转已经发生的损伤、减缓疾病的进程，所以非常有必要研究和阐明该疾病的发病机制。本研究主要利用IL-1Ra和IL-1R1 基因敲除小鼠（IL-1R1 KO）研究IL-1β在慢性脑缺血后对白质损伤和认知功能障碍的作用；并用逆转录病毒标记少突胶质前体细胞（OPC）以及在IL-1R1 KO上腺病毒恢复IL-1R1的表达来研究IL-1β/IL-1R1对OPC细胞迁移的作用。研究发现慢性缺血后早期IL-1β在白质部位表达升高，并且主要来源于小胶质细胞和星形胶质细胞。缺血后早期给予IL-1Ra和IL-1R1 基因敲除都能逆转慢性缺血后期髓鞘碱性蛋白表达下降以及髓鞘化轴突数的下降，并增加再生的髓鞘比例，提示IL-1β抑制了慢性缺血后的髓鞘再生。慢性缺血早期OPC细胞出现丢失，给予IL-1Ra能逆转OPC的丢失，而IL-1R1 KO小鼠未出现这种OPC减少的现象。SVZ区的OPC增殖、迁移至白质区域是补充白质OPC的重要来源。进一步，研究发现慢性缺血后髓鞘再生过程受到抑制主要是因为脑室下区增殖的前体细胞OPC向白质区迁移过程受到阻碍。IL-1Ra或IL-1R1 KO可以促进SVZ区的OPC向脑白质区迁移的过程，但对OPC的增殖没有影响。在IL-1R1 KO小鼠上利用腺病毒介导过表达IL-1R1可以逆转促进OPC迁移的现象。在体外transwell实验中也发现IL-1β可以通过IL-1R1抑制OPC的迁移。此外，给予IL-1Ra及IL-1R1 KO都能在慢性缺血后增加成熟的少突胶质细胞、改善神经传导功能，逆转认知功能的下降。具有拮抗IL-1R1的IL-1β多肽类似物KdPT可以在慢性缺血后进入脑内促进OPC的迁移，从而促进白质修复和改善认知功能，该作用可被IL-1β所逆转。因此，本研究发现慢性缺血后促进OPC的迁移可能是减轻慢性缺血引起的白质损伤的重要策略，IL-1β可能通过抑制少突胶质前体细胞从SVZ区向胼胝体区域的迁移，抑制髓鞘再生过程，从而加重了认知功能的障碍。IL-1β及其受体IL-1R1是重要的药物干预靶点，并且KdPT可能具有潜在的临床应用价值。