文献精读 |恢复髓系细胞新陈代谢可逆转老年认知功能减退

    衰老的一大特征是持续存在的促炎反应，这将导致动脉粥样硬化、代谢综合征、癌症和虚弱等症状。随着年龄的增长，认知功能下降和阿尔兹海默症的高发率提示，老化大脑更易受到炎症的影响。从机体整体来看，全身循环系统中的促炎因子诱发认知能力减退；在大脑中，小胶质细胞则失去了清除与神经退行性病变相关的错误折叠蛋白的能力。然而，衰老过程中如何引发和维持适应不良性炎症的潜在机制尚未明确。

    细胞能量代谢水平在调节免疫系统激活状态和功能方面具有重要作用。为维持自身稳态，免疫细胞需要充足的糖酵解和线粒体代谢来满足能量及生物合成前体的需求。近期研究表明，衰老巨噬细胞中糖酵解和线粒体氧化磷酸化显著减少，导致了免疫功能障碍。

   在本研究中发现炎症介质前列腺素E2（PGE2）与其受体EP2信号增加抑制了老年小鼠的髓系细胞的能量代谢，驱动了适应不良性促炎反应。在衰老髓系细胞中抑制PGE2-EP2信号通路，显著改善了细胞能量代谢、机体炎症状态及大脑认知功能。

▲ 图1

    鉴于炎症与认知损害的关系，研究者推断，髓系细胞EP2信号的下调引起的髓系细胞功能的恢复，可能会改善老年小鼠的认知功能。因此进行了物体位置记忆实验和Barnes迷宫测试，发现敲除EP2受体的老年小鼠表现与年轻小鼠无异（图2a-d），且本应在衰老大脑海马中低表达的突触前和突触后蛋白水平在EP2敲除鼠海马中却增加，电生理结果也提示突触可塑性增强（图2e）。因此，老年小鼠的髓系细胞EP2信号下调，使海马突触可塑性和记忆功能恢复年轻水平。    

▲ 图2

    为了解PG2-EP2信号被抑制后如何产生“返老还童”作用，研究者检测了其下游信号分子。PGE2–EP2信号通路活化后，激活下游蛋白激酶B，使糖原合成激酶-3β（GSK-3β）失活，进而促进糖原合成酶（GYS1）活化和糖原合成。在EP2敲除小鼠中，GSK-3β介导的GYS1失活和细胞内糖原水平降低（图2f，g）。

    为了进一步探索EP2信号通路下的巨噬细胞代谢，研究者给老年小鼠给予碳13标记的葡萄糖，4小时后分离腹腔巨噬细胞，检测糖酵解和三羧酸（TCA）循环途径中的同位素标记代谢物（图2h，i）。在EP2敲除组老年鼠中的巨噬细胞，糖原前体中碳13标记的葡萄糖减少，而进入糖酵解和三羧酸循环碳13标记的葡萄糖中间产物增多。

    接下来研究者检测了老年巨噬细胞中GYS1的缺失是否可以恢复年轻的线粒体功能和极化状态，发现在来自老年个体（65岁以上）的人类MDMs中敲除GYS1可以将MDMs的线粒体功能和极化状态恢复到年轻水平（图3a-c）。使用布他前列素增强EP2信号时，也并没有改变敲除GYS1后的老年人MDMs的生物能或免疫表型（图3d，e），证实了GYS1是EP2介导的对髓系细胞代谢和免疫功能影响的关键因子。

    此外，当对老年人MDMs中EP2受体进行药物抑制时，MDMs中的糖原水平、糖酵解和线粒体相关功能均恢复到与年轻水平，与EP2敲除组老年鼠中表型相一致（图3f，g，h）。靶向代谢组学和碳13标记葡萄糖示踪表明，经EP2受体抑制剂治疗的老年人MDMs中葡萄糖流量得以恢复，MDMs的吞噬功能得到改善（图3i，j）。

▲ 图3

    对普通老年小鼠给予EP2受体阻断剂是否能与EP2敲除的老年鼠中一样，改善炎症和认知功能呢？研究者持续一个月给予老年小鼠能通过血脑屏障的EP2受体阻断剂C52，发现老年小鼠血浆和海马中的促炎因子和抗炎因子恢复到年轻水平，并且与小胶质细胞激活相关的溶酶体蛋白CD68表达下调（图4a-c）。EP2受体被抑制后，在大脑小胶质细胞和腹腔巨噬细胞中给予碳13标记葡萄糖示踪观察到，糖原合成减少、甘氨酸水解和三羧酸循环增强（图4d）。认知功能方面，阻断EP2信号逆转了老年小鼠的空间记忆缺陷，突触蛋白与突触可塑性也恢复到年轻水平（图4e，f，g）。因此，给予普通老年小鼠C52治疗后，观察到结果与EP2敲除鼠中一致。

    线粒体对突触神经传递和可塑性至关重要。研究者通过检测突触中ADP到ATP的电子传递链和氧化磷酸化之间的耦合程度来评估突触中线粒体的完整性（图4h）。呼吸控制比率在抑制EP2受体后显著增加，表明电子传递和ATP合成的线粒体耦合得到改善。这些数据表明，抑制炎性EP2受体可以改善老年突触的线粒体健康水平。

    EP2受体在老年外周血髓系细胞和大脑中的小胶质细胞中高表达。当研究者给予不能通过血脑屏障的EP2受体拮抗剂PF-0441894822六周后，发现不仅降低了血液中的促炎因子水平，海马中的促炎因子也有所下降，并显著恢复了海马的记忆功能和突触可塑性（图4i-l）。腹腔巨噬细胞的转录组学分析显示，老年小鼠在接受PF-04418948治疗后，显著恢复了年轻时的免疫和代谢特征（图4m）。

▲ 图4

总结

CONCLUSION

    本研究表明，衰老过程中形成的适应不良性炎症和认知能力下降可能不是一种静态或永久不可改变的状态，而是能够通过抑制髓系细胞炎性PGE2-EP2信号通路实现逆转。因此，抑制髓系细胞中与EP2受体相关的代谢可能是治疗老年疾病的一种新方法，比靶向抑制COX-1和COX-2的非甾体抗炎药更具有特异性和针对性。