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多发性硬化症及相关疾病、卒中、神经免疫互作、神经炎症、骨髓免疫
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史凯斌实验室研究神经系统与外周免疫系统之间的相互作用及其在中枢神经系统疾病发病机制中的作用,涉及的疾病包括多发性硬化症、视神经脊髓炎谱系疾病和卒中。近期,实验室发现多发性硬化和卒中后骨髓免疫反应的特征,并发现CCL5-CCR5介导的骨髓髓系增生是多发性硬化疾病进展的关键驱动因素。基于这一发现,实验室和合作者共同开发了一种新型CCR5抑制剂——塞拉维诺(Thioraviroc),作为多发性硬化症的新型治疗药物,该药已获国家药监局批准作为1类新药开展临床试验。目前,一项评估塞拉维诺在MS患者中安全性和有效性的II期临床试验(THIRL-MS)正在进行。实验室目前的研究重点是解析多发性硬化和慢性卒中神经退行性变的驱动因素,旨在揭示延缓疾病进展、改善长期预后的新治疗靶点,这是一个亟待解决且尚未满足的临床挑战。
1. 发现多发性硬化患者骨髓造血系统出现异常髓系增生驱动了中枢神经系统炎症的产生(Cell,2022)
骨髓是成人造血组织和中枢免疫器官。MS病人骨髓会发生怎样的变化,其在自身免疫激活中的作用和对MS进展的影响如何?我们首先获取了MS病人的骨髓,通过单细胞测序发现,MS病人骨髓造血干细胞(HSC)异常活跃,进一步谱系分析显示MS病人骨髓中中性粒细胞和单核细胞等髓系细胞生成明显增加;T细胞受体(TCR)测序发现MS骨髓中T细胞发生了克隆扩增。在MS动物模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)——小鼠骨髓中发现类似的改变,进一步通过造血干细胞谱系示踪转基因小鼠(Fgd5-CreER-tdTomato)证实,EAE后造血干细胞活化并向髓系细胞分化增加,骨髓CD4+T细胞克隆扩增,这些细胞进一步从骨髓迁出,加重神经炎症和损伤。自身免疫性T细胞会选择性地依赖CXCL12-CXCR4通路向骨髓归巢,并通过分泌CCL5促进造血干细胞向髓系分化。阻断CCL5-CCR5通路可以抑制骨髓髓系细胞生成,进而减轻神经炎症。本研究系统描绘了多发性硬化病人的骨髓免疫反应特征,发现了自身免疫性T细胞与骨髓造血干细胞之间的相互作用,提示调控骨髓造血系统反应作为多发性硬化疾病修饰治疗的新方向。

图1. 骨髓髓系细胞异常增生驱动多发性硬化进展
MS病人自身免疫性T细胞通过CXCL12-CXCR4通路向骨髓聚集,并高表达CCL5,通过作用于HSC上表达的CCR5促进HSC向髓系分化,产生大量的中性粒细胞和单核细胞,这些骨髓造血系统发生的异常髓系增生,驱动T细胞自身免疫反应和神经系统炎性损伤。
2. 发现缺血性卒中急性期组织型纤溶酶原激活物(tPA)溶栓治疗可以快速动员骨髓中性粒细胞向脑微循环迁移是加重卒中后出血转化的免疫机制(Circulation Research, 2021)
组织型纤溶酶原激活物(tPA)静脉溶栓是急性缺血性脑卒中急性期唯一药物治疗方案,但狭窄的时间窗(4.5小时)以及出血转化风险限制了其在临床的广泛应用。我们发现缺血性卒中患者在接受tPA静脉溶栓后1小时,外周血中性粒细胞和T淋巴细胞快速升高,进一步发现tPA可以直接作用于免疫细胞上表达的Annexin 2,激活下游信号通路,并促进其向脑内迁移,加重血脑屏障破坏和出血转化。联合静脉溶栓和免疫干预可以减轻溶栓后出血转化的风险。

图2. 卡通图演示:tPA 促进中性粒细胞快速向脑内迁移,加重血脑屏障破坏和出血转化
3. 脑卒中不同病理阶段免疫系统的改变和神经炎症转归(Lancet Neurol, 2019; J Cereb Blood Flow Metab, 2022)
脑卒中导致的急性脑损伤可以快速激活免疫系统,小胶质细胞激活,大量外周免疫细胞向脑内浸润,导致继发性脑损伤。随后,脑损伤通过交感神经和体液通路导致外周免疫抑制,表现为淋巴细胞减少和功能抑制,免疫器官如脾脏萎缩,增加感染性并发症风险,基于该发现的两项临床研究目前正在进行(POSITION,NCT05375240;PROCHASE,NCT05419193),旨在验证是否可以通过阻断交感神经兴奋通路,逆转卒中后免疫抑制,减少感染性并发症风险。慢性期,神经炎症在脑内持续存在并向全脑扩散,长期存在的全脑炎症可能影响脑损伤后的修复,持续破坏脑内结构,抑制全脑功能,这可能与迟发性的卒中后改变如痴呆,抑郁,疲劳等相关。

图3. 脑卒中后全脑炎症的产生机制
(A)脑缺血导致与病灶相连的远端部位的退行性病变和神经传导受损。脑出血后,血肿造成的机械压力的扩张可导致远端脑组织的弥散性损伤。这些都可导致远端部位首先出现神经细胞的损伤或死亡,进而通过释放危险信号激活炎症反应。(B)脑卒中导致全脑内皮细胞活化及血脑屏障通透性增加。这些微血管的改变造成来自外周的炎性成分在全脑扩散,形成全脑炎症。
Shi K, Tian DC, Li ZG, Ducruet AF, Lawton MT, Shi FD. Global brain inflammation in stroke. Lancet Neurology, 2019, 18: 1058-1066. DOI: 10.1016/S1474-4422(19)30078-X