ISSN: 2319 - 9865
实验过敏脑脊髓炎(EAE)是一种细胞介导的动物自身免疫性疾病,可与一些自发发生的人类脱髓鞘疾病(如多发性硬化症(MS)和弥散性血管周围脑脊髓炎)相比较,是研究脱髓鞘过程及其相关的有用工作模型neuropathogenesis.以成年健康豚鼠为实验对象,每周按1:1的比例在足垫皮下注射同源全脑、脊髓抗原和完全的弗氏佐剂,诱导EAE。观察注射后动物的临床特征。用Keith和McDermott(1980)的标准方法评估动物的临床严重程度。EAE以炎症和脱髓鞘为特征。疾病症状出现在首次注射后第9 ~ 14天。首次注射后潜伏期为9 ~ 14 d。疾病的临床严重程度在随后的几天内进展,以不同严重程度的炎症病变为标志,随后是神经轴的血管周围脱髓鞘。脱髓鞘中的纤维病变灰质中的轴突和邻近神经元均脱髓鞘保存较好。病变周围可见不同程度的星形细胞增多。星形胶质细胞增多,部分肥大。髓鞘分解后,脱髓鞘区布满星形胶质细胞,在少突胶质细胞缺失的情况下,可能只能为裸露的轴突提供一个支撑框架。内衬脊髓中央管的一些节段和内衬第四脑室的室管膜分层。反应性星形胶质细胞增生,即星形胶质细胞发生不同的形态变化,是一种普遍存在但很少被理解的所有中枢神经系统病理的标志。讨论了胶质细胞增殖及其形态学方面的可能参与。
EAE,炎症,脱髓鞘,星形胶质细胞增生,室管膜瘤,增殖
实验模型自身免疫性疾病有助于阐明人类自身免疫性疾病的发病机制。实验性过敏性脑脊髓炎(EAE)就是这样一个模型。EAE作为一种有意义的模型引起了广泛的关注,用于探测自身免疫反应性的基础,并确定其在以炎症和脱髓鞘为特征的神经系统疾病中的作用多发性硬化症(MS)在人。EAE已在几种遗传易感动物如小鼠、大鼠、豚鼠、兔和猴中诱导。最合适的实验动物是豚鼠和大鼠[1,2]。
EAE主要是初级的脱髓鞘髓鞘和髓鞘形成细胞(少突胶质细胞)主要受损而轴突和轴突元件在很大程度上得以幸免的疾病。很明显,原发性脱髓鞘和继发性脱髓鞘的关键区别取决于前者轴突和神经元的保存或初始保留。
在EAE病变的细胞改变中,星形胶质细胞增殖和血管周围淋巴细胞浸润明显[3.-5]和MS无活性病变[6]。
室管膜细胞排列在中央管和第四管心室为了应对损害而增殖。这些细胞有分化为神经支持细胞的潜力。然而,对于室管膜细胞的反应是损伤还是修复的结果还存在争议。本研究使用豚鼠EAE模型证明,由于疾病,室管膜细胞发生了增殖反应;提示室管膜对补充胶质细胞(尤其是星形胶质细胞)以填充受损部位有反应。
以成年健康雌雄豚鼠(porcellus)为实验对象,每周按1:1的比例在足垫皮下注射同源全脑、脊髓抗原和完全的弗氏佐剂,诱导EAE。
体重在400到500克之间的成年健康雌雄动物被用于研究。所有动物在实验前都已适应实验室条件。在适应环境期间和整个实验期间,动物都可以自由地获得水和标准的动物饮食。
取豚鼠新鲜同源全脑、脊髓解剖,用现配制的生理盐水冲洗。将同种异体全脑及脊髓组织按重量9份与现配制的生理盐水按重量10份混合。将生理盐水和同源中枢神经系统组织用匀浆机匀成细乳液(匀浆)。将匀浆收集在灭菌的样品管中,并保存在冷冻室中以供进一步使用。
在注射前(在实验室温度下)将同源CNS组织乳剂(匀浆)和Freund完全佐剂(Diffco Laboratories USA)以1:1的比例完全混合。
将0.5 ml同源全脑脊髓抗原(CNS乳剂+完全弗氏佐剂)用细针(22)皮内注射入动物脚垫。
每天喂食前记录动物体重和直肠温度。根据Keith and McDermott(1980)的标准方法每天对动物进行临床评估[7]并观察到以下临床症状:
•减肥
轻度后肢无力(单侧或双侧后肢无力),
•轻度便秘(后腿轻微拖拽)伴粪便嵌塞、尿潴留和共济失调,
•严重的截瘫或截瘫(显著的后肢拖拽和明显的共济失调),
•垂死状态和
•死亡
实验动物被分成三组,每组7只。第1组动物每周注射1针,第2组动物每周注射2针,第3组动物每周注射3针。在各组第一次、第二次、第三次注射后的第2、4、6天,无论动物是否有临床症状,均随机处死。所有的动物都被过量的乙醚麻醉致死。立即打开动物胸腔,经左心室和右心房的一个供出口的通风孔向心内灌注福尔mol溴化铵15ml。脊髓和大脑被解剖出来,用甲醛溴化铵固定3天。对固定的中枢神经系统组织进行石蜡切片。制作15微米的石蜡切片,用以下方法染色:
•Luxol快速蓝和中性红
•霍尔泽氏斑
•碳酸银浸渍
染色切片在光镜下观察。
一组对照组动物单独注射完全的弗氏佐剂0.5 ml,另一组注射新鲜制备的生理盐水0.5 ml,与注射CFA的对照组比较。对照组动物与各组实验动物一起处死。
首次注射后第9 ~ 14天出现体重下降、体温升高等发病症状。从第一次注射到临床症状出现之间的这段时间是EAE的潜伏期。本研究观察到的潜伏期为9 ~ 14天。临床严重程度在随后的几天内有所进展。
温和的炎症第一次注射后第13、14天脊髓下段出现病变。随着临床病情加重,炎性病变增多,并向脊髓、脑干较高节段延伸。早在第18天就在脊髓下段观察到血管周围脱髓鞘。随后几天,炎性病变逐渐被脱髓鞘取代。24、26天后脊髓、脑干、小脑均出现脱髓鞘。轴缸没有损坏。轴突和神经元元件保存完好。第20天(第三次注射后第6天),2 ~ 3只动物小脑出现炎性病变(图1)和脑干(图2,3.).
小脑血管周围可见少量淋巴细胞浸润及星形胶质细胞浸润。脑干病变以吞噬性小胶质细胞在病灶内及周围形成胶质细胞和巨噬细胞为标志。(无花果2,3.)
第24天(第三次注射后第10天),一只动物死于严重的疾病,脊髓、脑干和小脑均出现脱髓鞘,脊髓的所有三个脊髓索均出现大的脱髓鞘斑块。轴缸没有损坏。轴突和神经元元件保存完好。斑块内及周围可见星形细胞增多。星形胶质细胞及其过程呈编织篮状(无花果.4,5).病变部位少突胶质细胞少见,已消失。小脑有大面积脱髓鞘斑块,主要在血管周围(图7).大脑皮层未见炎性病变。
第一次注射后第26天(第3次注射后第12天)2只动物脊髓、脑干和小脑出现较明显的局灶性脱髓鞘。脊髓脱髓鞘斑块在脊髓后小索较大(无花果.7,8,9,10).斑块与背角和胶质连续。然而,神经元元素被完好地保存了下来。病变部位少突胶质细胞完全缺失,邻近白质少突胶质细胞。
病变部位及周围可见不同等级的星形胶质细胞(无花果.11,12,13.14).
脊髓部分节段中央管的室管膜、延髓背表面和构成第四脑室底的脑桥对损伤反应的变化特征。中央管室管膜(无花果.15,16,17)和第四脑室底(无花果.18,19,20.,21)变得分层。
室管膜下神经胶质细胞(主要是星形胶质细胞)在群体中增加,肥大的过程似乎与增加的小胶质细胞编织了一个篮子(无花果.20.,21)
病变的发展是迟发型的特征超敏反应以增强炎性细胞为血管周围浸润主要成分的反应[8]。EAE的早期病变包括血管周围单个核细胞浸润,似乎代表了中枢神经系统自身免疫过程的首次形态学表达。过敏性脑脊髓炎的主要事件是细胞对抗原的反应而浸润到静脉附近。细胞为淋巴细胞,呈暗染单核细胞和组织细胞,可能是血源性的[9]。在本研究中,淋巴细胞和单个核细胞是观察到的浸润在血管周围间隙和邻近实质的主要细胞类型。然而,也可见到少量多形核细胞。这些淋巴细胞大部分是t淋巴细胞,是诱发EAE的绝对必要条件[10]。
星形胶质细胞的共同特性是对几乎每一种类型的中枢神经系统损伤或疾病做出反应。髓鞘破裂或脱髓鞘后,通常会出现星形胶质细胞肥大、增生和数量增加[11]。众所周知,急性EAE中广泛存在星形胶质细胞反应,其证据为胶质纤维酸性蛋白染色增加[12,13]。成人少突胶质细胞前体(OLPs),也称为â '  NG2细胞,â ' Â,在围产期发育过程中也产生原生质星形胶质细胞的一个亚群[14,15]。在健康成年大鼠中枢神经系统中,成年OLPs继续分裂并产生新的髓鞘化OLs [16-20.],但随着年龄的增长,其比率正在稳步下降[21,22]。在正常的成年期,它们似乎不会产生星形胶质细胞[19,20.]。
在本研究中注意到,肥大的星形胶质细胞可见于血管周围病变附近。肥厚的本质星形胶质细胞EAE的炎症期可能是继发于实质改变。众所周知,在多发性硬化症和EAE的急性期[23]增殖细胞也属于血管周围炎症细胞和实质胶质细胞,已进入细胞增殖周期[24]。星形细胞增殖和血管周的多发性硬化活动性病变细胞变化中淋巴细胞浸润明显[6]。雷恩(25]报道了裸中枢神经系统轴突和纤维星形胶质细胞突之间的膜特化,随后发展为脱髓鞘。小鼠脊髓组织有机培养中星形胶质细胞的超微结构变化显示,片状星形胶质细胞突起完整而紧密地包围着脱髓鞘纤维,并经常吞噬髓鞘碎片[26]。
摩尔及瑞恩[27]认为,星形胶质细胞元件总是靠近脑膜下区和慢性脱髓鞘病变,来源于脑膜下星形胶质细胞。这种脑膜下星形细胞对炎症反应的现象髓鞘脱失可能与保护受损的白质对抗随后的炎症事件有关。在EAE晚期,脱髓鞘区布满星形胶质细胞,为脱髓鞘后的裸轴突提供支撑框架。
反应性星形胶质细胞在中度局灶性脑损伤后保护神经组织和抑制炎症中起着重要作用[28]。反应性星形胶质细胞的起源一直存在争议,一些报告认为它们是由NG2细胞产生的。[29-32反应性星形胶质细胞完全起源于静止的星形胶质细胞,不同的机制促进了脊髓灰质和白质中反应性星形胶质细胞的形成,即反应性星形胶质细胞由肥大和肥大两种途径获得增生白质中的纤维状星形胶质细胞,但仅通过灰质中的原生质星形胶质细胞的表型转化[33]。
反应性胶质细胞增生被认为是成熟哺乳动物中枢神经系统(CNS)再生失败的主要原因。经典的定义是胶质细胞增多纤丝的酸性蛋白表达。然而,整个中枢神经系统对损伤的反应并不一致。34]。活性星形胶质细胞的丢失或功能障碍导致白细胞浸润时间延长,血脑屏障(BBB)修复失败伴血管源性水肿,神经元变性,损伤中枢神经系统实质中神经纤维生长增加[35]。
多发性硬化症(MS)和实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)的一个显著特征是在炎症性脱髓鞘内和边缘聚集了肿大的多极胶质纤维酸性蛋白(GFAP)和脑脂质结合蛋白(BLBP)、免疫反应性星形胶质细胞病变.这种星形胶质增生是由于星形胶质增生和肥大,还是仅仅由于星形胶质肥大,这是有争议的。彼得·班纳曼等人[36]报道了髓磷脂少突胶质细胞糖蛋白肽(MOG肽)诱导的EAE小鼠首次出现炎症和临床缺陷的一致性,正常脊髓白质中存在的放射状定向、双极性、GFAP和BLBP阳性细胞(成人放射状胶质细胞)经历有丝分裂和表型转化为肥厚性星形胶质细胞。在脱髓鞘/再髓鞘的脊髓中出现了许多肥大的â '  reactiveâ '  -星形胶质细胞。这些GFAP+星形胶质细胞倾向于聚集在脱髓鞘病变周围,形成致密的胶质âÂ′Â瘢痕。â ' Â这可能是NG2细胞向内迁移的障碍,因此可能抑制修复,特别是在同一位点发生多次脱髓鞘后,如复发缓解型ms。星形胶质细胞的形态、密度和增殖率可以独立地定义成年哺乳动物中枢神经系统的离散细胞结构,支持区域性星形胶质细胞异质性反映了不同类别星形胶质细胞之间重要的分子和功能差异这一概念[37]。
血管周围细胞是在中枢神经系统(CNS)和周围神经系统(PNS)中发现的异质群体。这些细胞有几个术语,包括血管周围细胞、血管周围巨噬细胞、血管周围小胶质细胞、荧光颗粒细胞(FGP)。血管周围细胞虽然是中枢神经系统的一个次要组成部分,但却是重要的免疫调节细胞。血管周细胞来源于骨髓,在中枢神经系统中不断翻转,与中枢神经系统血管相邻。因此,它们是中枢神经系统和外周免疫系统扰动的潜在传感器;在中枢神经系统炎症、自身免疫性疾病、神经元损伤和死亡模型中被激活;它们都是吞噬性的[38]。中枢神经系统的血管周围细胞免疫调节连接中枢神经系统和外周免疫系统的细胞。
事实上,小胶质细胞对中枢神经系统的任何轻微病理事件都有反应。越来越多的证据表明,小胶质细胞在退行性中枢神经系统疾病。在自身免疫性疾病中,小胶质细胞可能具有双重功能。小胶质细胞向浸润的T细胞呈递抗原并发挥效应功能,从而局部增强免疫应答。另一方面,小胶质细胞有能力下调T细胞的反应[39MS和EAE中的小胶质细胞活化被认为通过多种机制直接导致中枢神经系统损伤,包括促炎细胞因子、基质金属蛋白酶和自由基的产生。此外,活化的小胶质细胞是中枢神经系统中主要的抗原呈递细胞,可能导致该部位的免疫反应异常。小胶质细胞被激活并最终被抑制的机制理解对于制定治疗方法以治疗多发性硬化症和其他中枢神经系统自身免疫性疾病至关重要[40]
波诺马列夫ED等。[41]发现小胶质细胞活化明显先于疾病症状发作和浸润外围骨髓细胞进入中枢神经系统。激活的小胶质细胞增殖并上调CD45、MHC II类、CD40、CD86和树突状细胞标记CD11c的表达。在EAE疾病的高峰期,激活的小胶质细胞占总巨噬细胞和树突状细胞群的37%,并在炎症病变中与浸润的白细胞共定位。小胶质细胞在EAE发病早期被激活,随后分化为巨噬细胞和树突状细胞,提示它们在EAE和MS发病中发挥积极作用[41]。
在本研究中脑干病变以吞噬性微胶质细胞在病变内及周围形成胶质细胞和巨噬细胞为标志(无花果.2,3.)血管周围有一些炎症细胞。血管附近的纤维被脱髓鞘。活化的小胶质细胞主要是清除细胞,但也在组织修复和神经再生中发挥各种其他功能。它们形成了免疫警报的巨噬细胞网络,具有免疫监视和控制的能力。活化的小胶质细胞可以摧毁入侵的微生物,清除潜在的有害碎片,通过分泌生长因子促进组织修复,从而促进组织内稳态的恢复[42]。
在多发性硬化症中,少突胶质细胞死亡,可能是由于自身免疫攻击和脱髓鞘导致的。在这种和其他脱髓鞘疾病中,丢失的OLs和髓磷脂会自发再生[43]。在本研究中,脱髓鞘病变中可见少突胶质细胞变性和消失。病变部位及周围少突胶质细胞少见。少突胶质损伤和髓鞘解体导致脱髓鞘疾病的功能障碍。病毒破坏少突胶质细胞可导致宿主对自身少突胶质抗原致敏[43脱髓鞘过程中少突胶质细胞变性和消失的可能原因可能是体液因素或单个核细胞与少突胶质细胞的相互作用。森沙玛和辛格。(1975) (11将细胞的退化归因于局部缺氧。已在多发性硬化症患者中发现针对半乳脑蛋白(一种少突胶质细胞表面抗原)的抗体[44,45]和EAE动物[43]。牛痘病毒感染可诱导抗磷脂和抗少突胶质细胞抗体[46] .脱髓鞘病变中少突胶质细胞在脱髓鞘活动期减少[47]。单个核细胞侵入明显正常的髓鞘前,会吞噬退化的少突胶质细胞。这吞噬作用支持单个核细胞对少突胶质细胞是有害的[48]。在疾病后期,在病变边缘发现了肥厚性星形胶质细胞,而病变本身仍然缺乏少突胶质细胞,这表明少突胶质细胞向病变的迁移被强烈的病灶周围胶质细胞分裂所阻碍[49]。
卡尔扎等人[50]的研究结果表明,在EAE动物中,血脑屏障的分解使前体暴露在独特的环境条件下,可能会使CNS分子能够改变静止祖细胞和活跃祖细胞之间的平衡,从而有利于活跃祖细胞。另一方面,Tourbah等人。51]建议炎症本身促进移植的少突胶质细胞祖细胞在成人中枢神经系统中的存活和迁移。成年哺乳动物的大脑和脊髓含有表达血小板源性生长因子受体α亚基(PDGFRA)和NG2蛋白多糖的胶质前体。这些âÂ′ NG2 cellsâÂ′Â来自围产期中枢神经系统中的少突胶质细胞前体,并继续在出生后大脑的灰质和白质中产生髓鞘少突胶质细胞。NG2细胞也可以在中枢神经系统损伤或脱髓鞘部位产生反应性星形胶质细胞。在脱髓鞘疾病中,有丢失的OLs和髓磷脂的自发再生。
成年小鼠脑室下区(SVZ)是新生成的少突胶质细胞的来源,因此可能与少突胶质细胞前体一起,在中枢神经系统的炎性脱髓鞘疾病(如多发性硬化症)中替代少突胶质细胞。成年SVZ代表一个细胞库,可以在炎性脱髓鞘反应中被重新激活。尽管它们在髓鞘修复中的直接意义仍有待阐明,但这些细胞可能参与了这些修复机制,因为它们被损伤区域招募并分化为适当的胶质谱系[52]。
成人中枢神经系统神经上皮前体(NPC)表达巢蛋白[53]在体内和体外[54]。在脊髓发育过程中,巢蛋白在中央管周围表达,并随着成熟逐渐减少[55]。这些巢蛋白表达前体在脊髓损伤后增殖和迁移[56-58]。在不成熟的时候[59,60]及成年哺乳动物[61]室管膜细胞在正常和损伤的脊髓中增殖[62-66]通过注入生长因子而增强[67,68]。小鼠脊髓npc位于中央管附近,因为只有在中央管培养时才会产生多能、自我更新的神经球[69]。成年大鼠脊髓脑室周围区神经球具有多能性,可产生神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞,而来自实质白质的球体是胶质限制祖细胞,在体外只能产生星形胶质细胞和少突胶质细胞,但不能产生神经元[70]。脑室周围脊髓NPCs的原生分化模式具有区域特异性,因为大多数后代都分化为少突胶质细胞[70]。
室管膜细胞增殖在脊髓损伤中更为常见的报道[71,72,62,59,64,73]。在本研究中,室管膜分层排列在脊髓的一些节段中央管和第四脑室的底部。脊髓中央管室管膜对重大反应性事件的增殖活动是由局部损伤触发的[60]。本研究使用豚鼠EAE模型证明,由于疾病,室管膜细胞发生了增殖反应。有趣的是,更明显的[74在喂食第二阶段酶诱导剂的动物中观察到室管膜增殖效应。神经元件损伤可发生在动物的EAE和室管膜增殖的反应损伤。在本研究中,室管膜下星形胶质细胞与一些损伤特征的小胶质细胞一起被观察到肥大和活性。受损中枢神经组织室管膜增生可通过刺激髓鞘合成改善EAE症状和体征[74]。成年大鼠脊髓室管膜NPCs优先分化为少突胶质细胞和反应性胶质细胞,这可能在未来脊髓损伤移植治疗试验中支持轴突再生[70]。室管膜也含有所谓的神经干细胞。在EAE的活跃期有新生成前体的招募。在化学诱导的脱髓鞘脱髓鞘中,已证实从SVZ募集祖细胞进入脱髓鞘区域[75]。这些前体似乎找到了迁移途径。事实上,ki67阳性核与NADPH脱靶酶反应过程密切相关,这可能与放射状星形胶质细胞相关[76]。来自这些细胞的过程横跨白质从脑膜表面到灰白质界面,并可能代表一个迁移路径[16]。室管膜细胞在大脑的炎症后反应中发挥作用,也可能参与脱髓鞘过程[74]。
炎性病变为血管周围及周围淋巴细胞和单个核细胞袖扣薄壁组织.单个核细胞与髓鞘和少突胶质细胞接近。少突胶质细胞表现为变性,最终从病变部位及邻近区域消失。血管周围脱髓鞘局限于单个核细胞浸润的白质部分。
病变部位及周围可见不同等级的星形胶质细胞。星形胶质细胞增多,部分肥大。在EAE晚期髓鞘破裂后,脱髓鞘区布满星形胶质细胞,在缺乏少突胶质细胞的情况下,只能为裸露的轴突提供支持框架。
巨噬细胞数量和大小增加,吞噬病变部位的髓鞘碎片。小胶质细胞变成闪脱细胞数量增加,提示碎片被清除。
内衬脊髓中央管的一些节段和内衬第四脑室的室管膜分层。室管膜下星形胶质细胞反应明显,微胶质细胞数量增多,体积增大。的扩散室管膜EAE显示室管膜对补充胶质细胞(尤其是星形胶质细胞)产生反应,以填充受损部位。受损中枢神经组织室管膜增生可能通过刺激髓鞘合成来改善EAE症状和体征。
作者非常高兴地感谢印度瓦拉纳西巴纳拉斯印度大学医学科学研究所解剖和组织学系的同意和鼓励进行这项研究。