01
研究背景
糖尿病周圍神經病變（DPN）是2型糖尿病的常見併發症之一，影響著大量的患者。這種病變會導致感覺損失，在一些患者中還會引起難以忍受的神經性疼痛。儘管DPN與脂質代謝紊亂和高血糖有著密切的關係，但炎症在其病理進展中的作用仍未得到深入研究。在這篇發表在《Nature》上的研究中，波士頓兒科醫院的科研團隊透過設計一個高脂高果糖飲食（HFHFD）誘導的小鼠模型，來模擬肥胖和前糖尿病狀態，研究了DPN的早期病理生理過程。研究表明，在患有肥胖和前糖尿病的小鼠中，隨著病變的進展，皮膚內神經纖維密度減小，並且顯示出熱感覺減退的跡象。這些變化是DPN的早期特徵。透過單細胞測序技術，研究團隊能夠深入分析在這種狀態下神經中的免疫細胞型別及其所扮演的角色，尤其是巨噬細胞，它們可能對神經的保護和修復發揮關鍵作用。這項研究的背景強調了需要進一步瞭解代謝綜合症相關的神經損傷的免疫機制，以及找到潛在的治療目標來延緩或阻止這種疾病的進展。
周圍神經系統在遭受損傷或慢性代謝性應激時，免疫系統與神經元的相互作用可能會影響神經的命運。在糖尿病患者中，經常可以觀察到感覺異常和神經纖維的損失，這對生活質量的影響是顯著的。而現有的研究主要集中於糖尿病管理和血糖控制，卻少有研究專注於糖尿病併發症，特別是神經病變的炎症機制上。由此，波士頓兒科醫院的研究團隊選擇了一個飲食誘導的肥胖和前糖尿病小鼠模型，標準化地模擬西方飲食習慣下肥胖和糖尿病前期變化。研究人員使用單細胞RNA測序技術對神經免疫相互作用進行系統研究，以揭示巨噬細胞在這類代謝應激下的特徵和功能。值得注意的是，此次研究並不僅僅關注神經損傷後的退行性變化，還提出巨噬細胞可能有助於延遲神經變性過程，發揮潛在的神經保護性作用。因此，該研究不僅為理解DPN的機制提供了新的視角，還開闢了透過調節免疫反應來干預和治療神經病變的潛在新途徑。在這個背景下，本研究發現具有重要的臨床轉化潛力，尤其是對肥胖和糖尿病患者面臨的神經性併發症提出了新的干預思路。
02
研究發現
研究表明，餵食高脂高果糖飲食（HFHFD）的老鼠在3個月後出現熱痛覺減退，而皮膚神經纖維密度的減少則在6個月後才顯現。透過單細胞測序，研究發現CCR2巨噬細胞在軸突退化可檢測到之前就已經浸潤到坐骨神經中。這些巨噬細胞與神經損傷誘導的巨噬細胞具有相似的基因表達特徵，並表達與神經退化相關的微膠質標記基因。透過基因或藥物阻斷CCR2訊號通路來抑制巨噬細胞的招募，會導致更嚴重的熱痛覺減退和加速的皮膚去神經化。研究表明，巨噬細胞的招募對肥胖前糖尿病小鼠的外周神經具有神經保護作用，能夠透過半乳凝素3延緩終末感覺軸突的退化。
研究發現巨噬細胞的招募對於延緩外周神經病變的進展具有重要作用。透過阻斷CCR2訊號通路，研究人員觀察到巨噬細胞的減少導致了更早的軸突退化和更嚴重的感覺喪失。此外，研究還發現Lgals3基因（編碼半乳凝素3）的缺失會導致更早的神經病變發生，表明半乳凝素3在巨噬細胞的神經保護作用中起到關鍵作用。研究建議，透過增強和維持早期的神經保護性免疫反應，可能有助於減緩或預防外周神經病變的發生。
03
臨床意義
1. 巨噬細胞的保護作用： 研究發現，CCR2巨噬細胞早期滲入到肥胖前糖尿病小鼠的坐骨神經中，且這種浸潤是神經保護性的，能夠延緩感覺神經軸突的退化。這提示在臨床中，透過調節巨噬細胞的活性和浸潤，可能對延緩糖尿病周圍神經病變的進展具有潛在的治療價值。
2. Galectin-3 的作用： 巨噬細胞透過表達Gal-3來實現這種神經保護作用。Gal-3在中樞神經系統的退化性疾病中也被認為具有保護作用。這為糖尿病周圍神經病變的治療提供了一個新的靶點，即透過增強Gal-3的表達或功能來延緩神經病變的進展。
3. 早期干預的重要性： 研究顯示，巨噬細胞的早期招募能夠在神經軸突退化明顯之前產生保護效應。這提示臨床上，在糖尿病或肥胖患者中，早期識別和干預可能是預防或減緩周圍神經病變的關鍵。
4. 與人類疾病的相關性： 小鼠模型中的發現與人類糖尿病前期患者的感覺異常相似，這表明該模型能很好地模擬人類疾病。臨床上可考慮透過生物標誌物的檢測來預測神經病變的風險，並制定個性化的治療策略。
總之，對於臨床實踐，這項研究提示我們可以透過藥理學手段或基因治療來增強巨噬細胞的保護功能，從而潛在地減緩或阻止糖尿病周圍神經病變的發展。這為未來的臨床試驗和藥物開發提供了新的思路。
04
實驗策略
1. 動物模型的建立：使用高脂高果糖飲食（HFHFD）誘導小鼠肥胖及前期糖尿病狀態，以模擬人類2型糖尿病的代謝特徵。
2. 行為學觀察：透過von Frey方法和Hargreaves測試觀察小鼠對機械和熱刺激的反應，以評估痛覺過敏（機械性）和痛覺減退（熱刺激）。
3. 組織學分析：透過皮膚免疫熒光染色（如PGP9.5染色）評估表皮神經纖維密度（IENFD）的變化。
4. 單細胞測序：使用單細胞RNA測序技術分析在飲食誘導前期糖尿病小鼠坐骨神經內的免疫細胞組成和基因表達變化，特別關注巨噬細胞的浸潤與基因表達特徵。
5. 基因敲除實驗：使用CCR2和SARM1基因敲除小鼠，以及Lgals3基因的研究，以探討這些基因在巨噬細胞募集和神經保護中的作用。
6. 藥物干預：應用CCR2和CCR5抑制劑cenicriviroc（CVC）阻斷巨噬細胞的募集，評估其對周圍神經病變的影響。
7. 流式細胞術：透過流式細胞術分析坐骨神經中的免疫細胞，驗證巨噬細胞的浸潤情況。
05
資料解讀
圖1：高脂高果糖飲食導致周圍神經病變
Figure 1 探討高脂高果糖飲食（HFHFD）對周圍神經系統的影響。A. 為了驗證高脂高果糖飲食對周圍神經的影響，作者對小鼠進行高脂高果糖飲食處理，透過行為學測試評估神經功能。結果顯示，接受高脂高果糖飲食的小鼠表現出神經功能的顯著下降。B. 為了進一步探討高脂高果糖飲食對周圍神經的影響，作者對小鼠的坐骨神經進行組織學分析。結果表明，高脂高果糖飲食導致坐骨神經纖維的退化和髓鞘的損傷。結論：高脂高果糖飲食會導致小鼠出現周圍神經病變，表現為神經功能下降和神經纖維損傷。
圖2：CCR2巨噬細胞浸潤高脂高果糖飲食小鼠的坐骨神經，並且駐留巨噬細胞變得具有促炎性
Figure 2 揭示了高脂高果糖飲食（HFHFD）對小鼠坐骨神經的影響，重點研究了巨噬細胞的變化。首先，透過單細胞測序資料的整合分析（圖2a），研究發現坐骨神經中的CCR2陽性巨噬細胞在HFHFD餵養的小鼠中顯著增加（圖2b）。這些細胞可能是最近從血液中侵入的，因為它們仍然表達單核細胞標記物（如Ccr2、Fn1和Ly6c2），同時展示了巨噬細胞的特徵。其次，該圖的免疫組化分析（圖2c和2d）顯示，HFHFD餵養的小鼠坐骨神經中的F4/80陽性巨噬細胞在神經的內膜空間中數量增加。這些巨噬細胞不僅數量增多，並且表現出趨向炎症的變化。流式細胞術進一步驗證了巨噬細胞招募的增加（圖2e），此外，這一增加與熱痛覺減退的出現同時發生，提示巨噬細胞可能是對神經活動或神經微環境變化的響應。最後，轉錄組分析顯示，在HFHFD餵養的小鼠中，駐留巨噬細胞（resMac）上調了多種趨化因子，如CCL3和CCL8，這暗示其可能參與了巨噬細胞的招募（圖2f）。基因功能分析強化了該觀點，表明趨化因子訊號傳導路徑被啟用（圖2g）。使用CCL2–RFP報告小鼠，研究進一步確認了CCL2主要由神經中的駐留巨噬細胞產生，而不是神經元或施旺細胞（圖2h和2i）。總體而言，Figure 2表明，在HFHFD餵養的小鼠中，CCR2依賴的巨噬細胞招募是一個關鍵過程，這些細胞透過參與趨化因子產生和炎症訊號傳導潛在影響神經的保護和修復功能。
圖3：在高脂高糖飲食12周後，小鼠神經中募集的巨噬細胞與創傷性坐骨神經損傷後幾天募集的巨噬細胞相似
Figure 3 探討了高脂高糖飲食對小鼠神經中巨噬細胞募集的影響，並將其與創傷性坐骨神經損傷後的巨噬細胞募集進行比較。A. 為了研究高脂高糖飲食對小鼠神經中巨噬細胞募集的影響，作者對高脂高糖飲食12周後的小鼠神經進行了分析，結果顯示，這些小鼠神經中募集的巨噬細胞與創傷性坐骨神經損傷後幾天募集的巨噬細胞在特徵上相似。結論：高脂高糖飲食12周後，小鼠神經中募集的巨噬細胞與創傷性坐骨神經損傷後幾天募集的巨噬細胞在特徵上相似，提示高脂高糖飲食可能引發類似於神經損傷的免疫反應。
圖4：CCR2巨噬細胞透過Gal-3發揮神經保護作用，阻斷其募集加速外周神經病變
Figure 4 探討了CCR2巨噬細胞在外周神經病變中的保護作用及其機制，重點關注Gal-3的作用。A. 為了研究CCR2巨噬細胞在外周神經病變中的作用，作者使用CCR2缺失小鼠模型，透過免疫熒光染色分析神經組織，結果顯示，CCR2缺失導致巨噬細胞募集減少，神經損傷加重。B. 為了驗證Gal-3在CCR2巨噬細胞中的作用，作者對巨噬細胞進行Gal-3敲除處理，並透過行為學測試評估神經功能，結果表明，Gal-3敲除後神經功能顯著下降。C. 為了進一步探討CCR2巨噬細胞的神經保護機制，作者透過體外實驗分析Gal-3對神經元存活的影響，結果顯示，Gal-3能夠顯著提高神經元的存活率。結論：CCR2巨噬細胞透過Gal-3發揮神經保護作用，阻斷其募集會加速外周神經病變的進展。
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主要結論
這篇來自波士頓兒科醫院科研團隊的論文研究了肥胖和前糖尿病狀態下外周神經病變的發生機制，特別關注炎症在其中的作用。研究表明，在高脂高果糖飲食(HFHFD)的誘導下，小鼠表現出熱覺減退和皮膚神經纖維密度的減少。單細胞測序顯示，在這些小鼠的坐骨神經中，CCR2巨噬細胞會滲入，並且這類細胞表達與神經退行性疾病相關的基因標誌物。透過基因或藥物來阻斷CCR2訊號通路以抑制巨噬細胞的募集，會導致更嚴重的熱覺減退和加速的皮膚去神經化。這表明巨噬細胞的募集具有神經保護作用，可以透過galectin-3來延緩末端感覺軸突的退化。研究提出，早期增強和維持神經保護性免疫反應可能有助於減緩或預防外周神經病變的進展。
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討論總結
文章討論了在肥胖和前糖尿病模型中，類似於神經退行性疾病的髓樣細胞的巨噬細胞浸潤完整的外周神經，並透過galectin-3延緩末端軸突退化的神經保護作用。研究展示了在疾病早期階段，神經中巨噬細胞的募集可能是對神經微環境變化的響應。雖然巨噬細胞長期以來被認為在糖尿病和胰島素抵抗中具有病理作用，但本研究發現巨噬細胞在疾病早期階段的募集延緩了外周神經病變的發生和進展。這一發現揭示了免疫細胞在飲食誘導的外周神經病變中的潛在神經保護作用，併為預測神經病變風險的生物標誌物探索和最大化巨噬細胞在神經中的神經保護作用的治療策略提供了新方向。
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