Интерлейкин 12 вызывает дисфункцию нейронов и олигодендроцитов при болезни Альцгеймера

Цитокины IL-12 и IL-23 имеют сходное строение: у них есть общая субъединица p40 (IL12b). Оба цитокина участвуют в развитии различных воспалительных заболеваний, таких как болезнь Крона или псориаз. Предполагается, что нейровоспаление при болезни Альцгеймера (БА), которое сейчас рассматривается как один из движущих факторов ее патогенеза, также опосредуется этими цитокинами. Теперь группа ученых из Германии и Швейцарии показала, что при болезни Альцгеймера к действию IL-12 особенно чувствительны нейроны и олигодендроциты, в то время как IL-23 не оказывает практически никакого эффекта.

Чтобы выяснить, какой из двух схожих цитокинов играет решающую роль в патогенезе болезни Альцгеймера, ученые получили мышей с БА (линия APPPS1 с мутациями в человеческих генах APP и PSEN1), несущих также условный нокаут по Il12rb2 или Il23r — рецепторам IL-12 и IL-23, соответственно, — в клетках нейроэктодермального происхождения, то есть в нейронах, астроцитах и олигодендроцитах. Для получения условного нокаута использовали Cre/lox-рекомбинацию. В эксперименты также были включены мыши с БА и полным нокаутом Il12b — общей субъединицы IL-12 и IL-23, таким образом, у мышей был полностью нарушен сигналинг этих цитокинов.

Исследователи обнаружили, что у мышей с нокаутом по рецептору IL-12 снижено число амилоидных бляшек в мозге по сравнению с мышами с БА и без нокаута. Однако нокаут рецептора IL-23 не изменял их количество. Это заставило исследователей подозревать, что именно IL-12, но не IL-23 играет основную роль в патогенезе БА.

Анализ данных секвенирования РНК отдельных ядер (snRNA-seq) посмертных образцов ткани моторной коры человека из Allen Brain Map Atlas показал, что в нейронах и олигодендроцитах на высоком уровне экспрессируется IL12RB2 — рецептор IL-12, в то время как экспрессия IL23R, рецептора IL-23, в них практически не наблюдалась. Следовательно, роль IL-12 подтвердилась и в клетках мозга человека.

Далее ученые провели транскриптомный анализ (snRNA-seq) гиппокампов мышей с БА, мышей с нокаутом по Il12b и мышей дикого типа (в возрасте 250 дней). Это позволило оценить роль IL-12 и IL-23 в различных типах клеток при БА. Как и ожидалось, у мышей с БА микроглия активно экспрессировала провоспалительные гены (Il12b, Clec7a), однако у мышей с нокаутом по Il12b этот фенотип микроглии не наблюдался. В свою очередь, реактивные астроциты присутствовали и у просто мышей с БА, и у мышей с нокаутом по Il-12b. Также у мышей с БА снижалось количество олигодендроцитов, но не их предшественников, в то время как у мышей с БА и нокаутом по Il-12b популяция олигодендроцитов сохранялась.

Чувствительными к действию IL-12 оказались нейроны и олигодендроциты мышей, так как в них экспрессировались рецепторы Il12rb2. Транскрипты Il23r практически не детектировались в гиппокампе. Таким образом, транскриптом мозга мышей соотносился с транскриптомом мозга людей: нейроны и олигодендроциты были восприимчивы к IL-12, но не IL-23.

Более подробный анализ отдельных популяций клеток показал, что в мозге мышей с БА зрелые олигодендроциты погибают, в том числе из-за окислительного стресса. Из-за этого нарушается миелиновая оболочка. В ответ запускаются компенсаторные процессы, связанные с повышенным количеством клеток-предшественников олигодендроцитов и дифференцировкой олигодендроцитов. Так, у мышей с БА в клетках-предшественниках олигодендроцитов была повышена экспрессия генов, связанных с миелинизацией (Clu, Olig2) и дифференцировкой (Plcb1, Kcnma1, Sez6l). В то же время у мышей с отсутствующим сигналингом IL-12/IL-23 миелинизация сохранялась на уровне дикого типа.

Дополнительный анализ выявил нарушение межклеточной коммуникации при БА. Например, новые олигодендроциты в мозге мышей с БА меньше использовали путь Nrg1—Erbb3, необходимый для их выживания. Этого дефекта не наблюдалось в отсутствие сигналинга IL-12/IL-23.

In vitro тесты, при которых в первичную культуру клеток мозга мыши (нейроны, микроглия, астроциты и олигодендроциты), а также в культуру клеток олигодендроглиомы человека (линия SCC163) вносили IL-12 или IL-23, продемонстрировали, что IL-12 способствует гибели олигодендроцитов. В то же время эти клетки вырабатывали провоспалительные факторы, такие как TNF-β, IL-1a и IL-17. Однако на IL-23 клетки практически не реагировали.

Среди нейронов наиболее подверженными воздействию цитокинов оказались PV+ интернейроны. В норме они составляют 10–15% всех нейронов гиппокампа. У мышей с БА их число значительно снижалось, но восстанавливалось у мышей с нокаутом по Il12b. При этом у мышей с интактным сигналингом этих цитокинов также наблюдались компенсаторные процессы: в нейронах основания гиппокампа активировались гены, связанные с развитием дендритов и синаптической пластичностью.

У всех мышей с БА присутствовала характерная для этого состояния популяция микроглии, сходная с фенотипом DAM (disease-assoiated microglia). В основном провоспалительная активность микроглии у всех групп мышей была схожа. Однако тесты на органотипических срезах мозга мышей показали, что при БА способность микроглии к фагоцитозу снижалась, в то время как нокаут Il12b восстанавливал ее. Это оказалось одним из немногих показателей активности микроглии, которые регулируются IL-12.

Таким образом, клетки мозга в основном чувствительны именно к IL-12, а не к IL-23, рецепторы к которому они практически не экспрессируют. Следовательно, именно IL-12 вносит наибольший вклад в нейровоспаление при БА. Авторы статьи предположили, что использование специфических ингибиторов IL-12 может быть полезным при БА.

Дегу лучше моделируют болезнь Альцгеймера, чем мыши и крысы