NK 細(xì)胞通過(guò)選擇性清除部分受損神經(jīng)緩解神經(jīng)損傷后的疼痛

一般情況下，周?chē)窠?jīng)的損傷會(huì)通過(guò)Wallerian變性，破壞損傷部位遠(yuǎn)端的軸突并促進(jìn)免疫細(xì)胞對(duì)碎片吞噬，與此同時(shí)啟動(dòng)軸突生長(zhǎng)的程序，以允許健康的神經(jīng)構(gòu)建新的神經(jīng)。雖然這種對(duì)軸突損傷的適應(yīng)性反應(yīng)促進(jìn)了碎片的吞噬作用并最終使軸突再生，但它也導(dǎo)致了神經(jīng)病理性疼痛的癥狀。 軸突變性通常被認(rèn)為是神經(jīng)元自發(fā)產(chǎn)生的，然而損傷后軸突變性的時(shí)間差異和最近的一些證據(jù)指出具有細(xì)胞毒性作用的免疫細(xì)胞在軸突變性的過(guò)程中可能具有某種重要作用。

自然殺傷(NK)細(xì)胞本身是細(xì)胞毒性的淋巴樣細(xì)胞(ILC)，通常參與腫瘤或病毒感染的靶細(xì)胞的破壞。NK 細(xì)胞活性由刺激信號(hào)與抑制信號(hào)的平衡性來(lái)調(diào)節(jié)，而該過(guò)程由不同的受體介導(dǎo)。NKG2D作為其中最具有代表性的受體，可以在NK 細(xì)胞和一些T 細(xì)胞上表達(dá)。通常情況下，NKG2D 的內(nèi)源性配體在大多數(shù)組織中不表達(dá)，但是在發(fā)生腫瘤或者感染等情況下就被誘發(fā)出高表達(dá)。之前的研究已經(jīng)證實(shí)，成年動(dòng)物神經(jīng)損傷后會(huì)出現(xiàn)NK 細(xì)胞在內(nèi)的免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)；外周神經(jīng)病變中，NK 細(xì)胞的浸潤(rùn)與疾病的相關(guān)程度相關(guān)；此外，成年小鼠的NK 細(xì)胞在體外可以直接對(duì)未成熟胚胎的背根神經(jīng)節(jié)產(chǎn)生細(xì)胞毒性。

該研究探索了NK 細(xì)胞在成年小鼠周?chē)窠?jīng)損傷中的反應(yīng)和導(dǎo)致的神經(jīng)功能改變。結(jié)果提示細(xì)胞毒性NK 細(xì)胞是外周神經(jīng)損傷后初級(jí)傳入神經(jīng)軸突特異性變性的新因素，并且還發(fā)現(xiàn)NK 細(xì)胞不會(huì)破壞神經(jīng)元胞體。增強(qiáng)這種NK 細(xì)胞依賴性變性機(jī)制可以提升受損軸突的清除能力，降低機(jī)械超敏反應(yīng)水平。這一發(fā)現(xiàn)為受損軸突清除的免疫機(jī)制提供了新的思路，了解NK 細(xì)胞在選擇性軸突變性中的作用將有利于人們理解神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生機(jī)制。

該研究首先在離體水平通過(guò)經(jīng)典途徑由IL-2 激活NK 細(xì)胞， 將表達(dá)黃色熒光蛋白的NK 細(xì)胞，與DiI 標(biāo)記的胚胎和成年老鼠的DRG 共培養(yǎng)，共聚焦結(jié)果顯示，激活的NK 細(xì)胞高度活躍并與感覺(jué)神經(jīng)元直接接觸。NK 細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒性，導(dǎo)致胚胎DRG 中軸突的破壞和細(xì)胞的死亡，然而在成年DRG 中神經(jīng)軸突膜保持基本完整。接下來(lái)，通過(guò)qPCR 測(cè)定了胚胎DRG 中RAE1 的含量，結(jié)果顯示胚胎DRG 中的RAE1 是成年小鼠DRG 中的17 倍多。為了確定RAE1在胚胎DRG中的功能，使用小干擾RNA (siRNA)敲除了所有RAE1 同種型，與陰性對(duì)照相比，NK 細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用顯著降低。這說(shuō)明了活化的NK細(xì)胞是通過(guò)RAE1 介導(dǎo)的機(jī)制對(duì)胚胎DRG 感覺(jué)神經(jīng)元發(fā)揮細(xì)胞毒性作用。接下來(lái)，將成年小鼠DRG 在微流體室中培養(yǎng)5 天后，將受到刺激與未受刺激的NK 細(xì)胞與成年小鼠的DRG 共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)Rae1 mRNA 水平呈時(shí)間依賴性上調(diào)，并且受到刺激的NK 細(xì)胞對(duì)受損軸突的吞噬是未受到刺激NK 細(xì)胞的10 倍。

離體水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不一定在整體動(dòng)物水平可以被重現(xiàn)出來(lái)，為了驗(yàn)證離體細(xì)胞上的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，作者切斷了成年小鼠第五腰椎DRG 的脊神經(jīng)，在損傷后的第4 天和第7 天分離DRG，通過(guò)qPCR 測(cè)定，RAE1 表達(dá)水平呈損傷依賴性上調(diào)。并且，與假手術(shù)組相比，IL-2 刺激過(guò)的NK 細(xì)胞更加促進(jìn)對(duì)受損軸突的吞噬。為了測(cè)定NK 細(xì)胞在體內(nèi)的反應(yīng)和功能，研究者將Ncr1icre老鼠與表達(dá)黃色熒光蛋白(YFP)或白喉毒素(DTx)的小鼠雜交，Ncr1 編碼NKp46 受體，其在所有NK 細(xì)胞上表達(dá)。結(jié)果顯示，假手術(shù)小鼠的坐骨神經(jīng)中未發(fā)現(xiàn)YFP陽(yáng)性NK細(xì)胞。相反，L5x 損傷的小鼠的坐骨神經(jīng)中募集到了大量的YFP 陽(yáng)性NK 細(xì)胞。雙光子成像顯示，NKp46-YFP細(xì)胞沿著坐骨神經(jīng)神經(jīng)內(nèi)血管壁“滾動(dòng)”，NK 細(xì)胞非常活躍并顯示多極狀態(tài)。行為學(xué)上，IL-2 處理過(guò)的NK 細(xì)胞功能得到增強(qiáng)的小鼠在受影響的足底感覺(jué)顯著降低。但是一旦受損的軸突被清除，健康的軸突開(kāi)始在它們的位置重新生長(zhǎng)出來(lái)。在坐骨神經(jīng)遭受破壞的大約兩周后，它們的足底恢復(fù)了感覺(jué)。其他的NK 細(xì)胞功能未得到與增強(qiáng)的小鼠相似的恢復(fù)時(shí)間表。但是，鑒于它們部分受損的軸突沒(méi)有被有效清除，因此損傷后30 天或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，它們繼續(xù)表現(xiàn)出高水平的疼痛機(jī)械學(xué)超敏。并且值得興奮的是，NK 細(xì)胞在吞噬神經(jīng)元的軸突的時(shí)候不會(huì)破壞神經(jīng)元的胞體。研究人員發(fā)現(xiàn)，RAE1 蛋白或者沿著軸突逆向運(yùn)輸或者Rae1 mRNA 在損傷的感覺(jué)軸突中局部翻譯。這種NKG2D 與RAE1 之間的相互作用發(fā)生在軸突受損部位，可以保護(hù)神經(jīng)元的胞體免受NK 細(xì)胞的吞噬攻擊。

該研究首次提出，調(diào)節(jié)NK 細(xì)胞的功能可能能夠有效清除受損的軸突，從而把免疫系統(tǒng)與神經(jīng)病理性疼痛緊密聯(lián)系起來(lái)。以往認(rèn)為干擾免疫系統(tǒng)總是會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，但是此研究發(fā)現(xiàn)，受損的神經(jīng)元軸突可以表達(dá)RAE1 蛋白，隨之招募NK 細(xì)胞，NK細(xì)胞受體NKG2D 與配體RAE1 之間相互作用，可以促進(jìn)NK 細(xì)胞對(duì)受損的神經(jīng)元進(jìn)行吞噬，從而允許健康的軸突再生和緩解神經(jīng)病理性疼痛。因此，更多地了解NK 細(xì)胞在選擇性軸突變性中的作用，將成為研究神經(jīng)病理性疼痛的一個(gè)新的立足點(diǎn)。隨著理解研究的加深，利用NK 細(xì)胞來(lái)治療神經(jīng)病理性疼痛可能成為新的鎮(zhèn)痛藥物的研發(fā)策略。