长深动脉远端血流量较低时，脑白质易发生缺血。在缺氧/缺血中，氧化应激、炎症和兴奋性毒性等对少突胶质细胞前体细胞（OPCs）的损伤可引发快速而严重的脱髓鞘。成年OPCs约占CNS细胞总数的6%，这为髓鞘更新提供了来源。然而，OPC成熟通常在缺氧/缺血时受阻。之前的研究一致地发现慢性脑缺血后OPC增殖强劲，但不持久，未能恢复髓鞘形成。因此，尝试促进少突胶质生成可能为改善脱髓鞘治疗提供线索。

 

少血管（oligovascular）耦合的协调对于白质维持很重要。少突胶质细胞可以调节中枢神经系统内皮细胞的增殖和血管生成。反过来，血管内皮细胞分泌因子有利于OPC存活并促进少血管重塑。在脑缺血性损伤中，由于OPC可能介导早期内皮屏障开放，因此检测到功能失调的OPC-血管相互作用。相反，据报道，缺氧缺血性脑病的人类和动物模型中的OPC促进白质血管化。然而，这种异常相互作用是否会诱导OPC变化尚不完全清楚。由于甚至在脱髓鞘发生之前就检测到内皮功能障碍，这促使研究人员考虑血管损伤对基于OPC-内皮关联的缺血性脱髓鞘发病机制的影响。

 

Caveolin-1（Cav-1）是细胞膜穴样内陷（caveolae）的一种组成部分，在内皮细胞中高度表达，协调信号转导和囊泡运输。内皮Cav-1水平降低与缺血性卒中后的血脑屏障（BBB）破坏和神经炎症有关。临床数据显示，在缺血性卒中患者中，血清Cav-1水平降低与脑微出血和症状性出血有关，表明Cav-1在血管稳定性中起重要作用。最近的一项研究表明，小动脉Cav-1在介导神经血管耦合（包括神经活动和血管动力学）中具有积极作用。因此，本研究旨在探索内皮Cav-1是否参与慢性脑缺血中的少血管耦合。

 

近日，Nature Communications（IF17.694）期刊在线发表了一篇题为Vascular endothelium deploys caveolin-1 to regulate oligodendrogenesis after chronic cerebral ischemia in mice的研究论文。报道了内皮Cav-1在小鼠双侧颈动脉狭窄（BCAS）模型和脑白质疏松患者中连接血管与缺血性脱髓鞘的潜在作用。揭示了血管异常通过内皮细胞Cav-1损害少突胶质发生和髓鞘再生的作用机制，暗示这可能为缺血性脱髓鞘提供了一种细胞间机制。

 

 

首先，研究人员在小鼠BCAS手术后分析了胼胝体（CC）脑血流量（CBF）和髓鞘损伤的时间过程变化，结果发现慢性低灌注时，CC内皮功能障碍先于脱髓鞘。随后，为了探索早期内皮功能障碍是否与BCAS小鼠的OPC变化相关，研究人员通过免疫染色发现BCAS后2周累积的OPCs与血管相互作用，且在血管系统上形成簇的频率和大小都在增加，这种关联在BCAS后4周更频繁，表明OPCs与血管的结合逐渐加强。有趣的是，未成熟少突胶质细胞标志物在慢性低灌注的第2周显著增加，然后在第4周减少；成熟少突胶质细胞标志物在BCAS后2周和4周逐渐减少，表明OPCs倾向于分化产生新的少突胶质细胞。

 

Fig1. BCAS后，OPCs在分化受损的血管上越来越多地聚集成簇

 

接着，为了探索功能失调的内皮细胞（如BMECs）对正常OPCs的影响，研究人员进行了条件培养基（CM）转移实验，结果显示缺氧处理的BMEC可以释放有害因子来抑制OPC成熟。鉴于Cav-1在内皮功能中起着至关重要的作用，研究人员接着探索了缺氧BMECs中Cav-1的表达。免疫染色和免疫印迹显示Cav-1的强度降低，并且缺氧处理使Cav-1蛋白分别降低至对照细胞的43.2%和27.8%。此外，研究人员还检测了BMECs分泌的可溶性因子的变化。结果发现，与对照CM相比，CoCl2-CM中分泌的HSP90α是表达最显著的功能蛋白。在体内，研究人员在BCAS后的CC中也检测到内皮细胞Cav-1减少，血管外HSP90α升高；对提取的CC微血管段进行免疫印迹一致显示血管Cav-1的降低和HSP90α的增加。

 

Fig2. 内皮细胞Cav-1的减少有利于血管HSP90α的分泌

 

为了阐明内皮细胞Cav-1的功能作用，研究人员在BCAS手术前引入了AAV-Tie1-Cav-1基因递送来增加内皮细胞Cav-1表达。结果显示，内皮细胞Cav-1上调1.98倍，导致血管周围区域内皮细胞HSP90α下调46.7%，分泌HSP90α下调48.9%，表明HSP90α可能是Cav-1的下游分泌因子。此外，在接受AAV-Tie1-Cav-1的CC中，微血管周围的OPC簇明显减弱，簇的数量和占用面积减少。另外，在Cav-1过表达组，慢性缺血诱导的髓鞘蛋白减少得到了挽救，提示内皮Cav-1可能是缺血性脱髓鞘的重要介质。

 

Fig3. 内皮细胞Cav-1的过表达抑制HSP90α的分泌并减弱缺血性脱髓鞘

 

接下来，为了检查HSP90α在髓磷脂损伤中的作用及其与Cav-1的关系，研究人员在BCAS手术后将聚醚酰亚胺（PEI）包裹的HSP90α siRNA或NC静脉注射到野生型和Cav-1-/-小鼠中，间隔3天，持续4周。结果显示，HSP90α siRNA诱导的对分泌性HSP90α的抑制显著高于对内皮HSP90α的抑制。与注射NC siRNA的小鼠相比，接受HSP90α siRNA的野生型和Cav-1-/-小鼠都表现出较少的OPC簇附着在尺寸减小的血管上。此外，在HSP90α siRNA处理的BCAS小鼠中新形成更多BCAS1和ENPP6阳性少突胶质细胞的前体细胞，以及更成熟的少突胶质细胞。

 

Fig4. HSP90α siRNA挽救野生型和Cav-1-/- BCAS小鼠白质异常

 

最后，为了确定Cav-1的上游介导因子，研究人员通过miRNA测序在BMEC中鉴定了缺氧反应性miR-3074-1-3p，并通过与Cav-1 3′UTR特异性结合，验证了miR-3074-1-3p是Cav-1的上游调节因子。此外，在慢性缺血背景下，PEI-antagomir诱导的miR-3074-1-3p抑制减弱了内皮细胞与OPCs的物理偶合，减轻了依赖于Cav-1依赖性脱髓鞘，进一步强调了Cav-1在缺血性白质疾病治疗中的核心价值。考虑到异常的OPC-内皮相互作用在疾病后期已经存在血管功能障碍时是可逆的，miR-3074-1-3p抑制在缺血性脱髓鞘或其他具有类似机制的白质疾病中可能具有重要的临床价值。

 

Fig5. PEI-antagomir改善OPC血管周围聚集，并通过Cav-1促进脱髓鞘

 

总之，本研究展示了慢性缺血中内皮-少突胶质细胞关联的机制，并且调节这种异常相互作用可以恢复髓鞘形成。慢性缺血引起血管功能障碍和OPC血管周围聚集，其中内皮Cav-1占据中心位置。内皮Cav-1的显著下降是HSP90α分泌的原因，阻断了少突胶质的发生。内皮Cav-1特异性过表达可逆转缺血性髓磷脂损伤。antagomir的干预保留了内皮Cav-1并抑制了血管HSP90α的释放，从而减弱了OPC-血管相互作用和脱髓鞘。因此，本研究研究结果可能有助于阐明内皮Cav-1在涉及白质病理的疾病中的治疗意义。

 

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-34293-7#Sec14

 

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