Просачивание белков крови в мозг индуцирует нейротоксическую активность микроглии

Факторы свертывания крови и система комплемента важны для активации врожденного иммунного ответа при широком спектре аутоиммунных, воспалительных и инфекционных заболеваний центральной и периферической нервной системы. Иммунные клетки нервной системы — это микроглия, которая в норме обеспечивает защиту, регулирует нейрогенез и участвует в ряде других важных процессов. Патогенная активация микроглии ассоциирована с окислительным стрессом, воспалением и нейродегенерацией при болезни Альцгеймера (БА) и рассеянном склерозе (РС). Триггеры, обеспечивающие поляризацию микроглии при таком патогенезе, до сих пор не были известны. Группа ученых из Калифорнии (США), под руководством доктора Катерины Акассоглу, показала, что активацию микроглии стимулирует проникновение в мозг белков крови, которое индуцирует нейротоксическую активность иммунных клеток нервной системы.

Неврологические заболевания, такие как БА и РС, сопровождаются аномалиями в сети кровеносных сосудов и в строении гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), из-за чего белки крови попадают в ткани мозга. Подобные утечки компонентов крови в мозг коррелируют с ухудшением прогноза при этих заболеваниях. Для изучения молекулярных механизмов, регулирующих поляризацию микроглии и макрофагов при участии белков крови, авторы предложили мультиомиксный подход. Он включал глубокое секвенирование индуцированных кровью транскриптомов, функциональную и редокс-транскриптомику и глобальную фосфопротеомику в сочетании с анализом иммунных сигнатур, полученных на моделях БА и РС.

Первым этапом исследования стало транскриптомное профилирование микроглии. Таким методом авторы, в частности, изучили то, как ключевые белки крови (альбумин, фибриноген и белок системы комплемента С3) повлияют на иммунные клетки нервной системы мышей. Для анализа транскриптомных изменений микроглии, индуцированных кровью, ученые стереотаксическими методами доставили плазму крови в мозг мышей. Затем они отсеквенировали РНК отсортированных клеток микроглии. Было установлено, что плазма дикого типа индуцирует изменения транскрипции клеток, включая изменения, связанные с генами окислительного стресса (Hmox1, Romo1, Gpx1), генами клеточного цикла (Top2a, Cdkn2d) и рядом других. Подобные изменения в значительной степени отсутствовали после стимуляции плазмой, полученной от мышей с дефицитом фибриногена (Fga^−/−) и сохранялись после стимуляции плазмой с дефицитом комплемента 3 (C3^-/-) или альбумина (Alb^−/−). Таким образом, фибриноген является критическим регулятором микроглии после утечки крови через ГЭБ. Он участвует в индукции окислительного стресса, а также генетических изменений, характерных для болезни Альцгеймера и рассеянного склероза.

Авторы работы изучили также транскриптомные профили микроглии, стимулированной фибрином, компонентом системы комплемента iC3b или липополисахаридами. Анализ данных секвенирования РНК единичных клеток показал, что стимуляция фибрином индуцирует экспрессию генов, участвующих в редокс-регуляции и ответе на окислительный стресс, а также генов, стимулируемых интерфероном (ISG). Эти списки частично пересекались с наборами генов, активировавшихся под действием iC3b, но в первую очередь он индуцирует защиту и классические воспалительные состояния.

С помощью методов фосфопротеомики было установлено, что фибрин и iC3b индуцируют различные процессы фосфорилирования и киназную активность. Так, фибрин стимулировал фосфорилирование ряда митохондриальных белков, участников ремоделирования цитоскелета и регуляторов ангиогенеза. Фосфорилирование, индуцированное iC3b, затрагивало DAXX (death domain-associated protein), остеопонтин и ряд других регуляторных белков, ассоциированных с контролем гематологических клеток и ответом на стресс. Кроме того, были выявлены общие для iC3b и фибрина мишени фосфорилирования — к ним относились MAP2K2 и белок, активирующий NF-κB (NKAP).

Дальнейшие исследования на мышиных моделях болезни Альцгеймера и рассеянного склероза показали, что фибрин действительно индуцирует нейротоксическую активность микроглии при этих заболеваниях, причем иммунные сигнатуры в каждой из моделей имели

Механизмы, выявленные в этом исследовании, могут объяснять патогенез при ряде неврологических состояний, связанных с утечкой крови в мозг. Речь идет, например, о нейродегенеративных расстройствах и аутоиммунных заболеваниях, а также инсульте и черепно-мозговых травмах. Под руководством доктора Акассоглу уже начата первая фаза испытаний лекарства, которое представляет собой моноклональное антитело против воспалительного домена фибрина. Нейтрализация фибрина может блокировать токсичные клетки микроглии, не приводя к потере их защитных функций в мозге.

Часть клеток микроглии способна к фагоцитозу амилоидных бляшек при болезни Альцгеймера