Cell
第 188 卷第 10 期,2025 年 5 月 15 日,第 2705-2719 页.e23
Article 文章Meningeal lymphatics-microglia axis regulates synaptic physiology
脑膜淋巴系统-小胶质细胞轴调控突触生理功能
Highlights 亮点
- •Meningeal lymphatic dysfunction disrupts cortical E/I balance and impairs memory
脑膜淋巴功能障碍破坏皮层兴奋/抑制平衡并损害记忆 - •Impaired meningeal lymphatics reshape microglial properties and functions
受损的脑膜淋巴系统重塑小胶质细胞特性与功能 - •Microglia-dependent excessive IL-6 mediates synaptic and behavioral alterations
小胶质细胞依赖性 IL-6 过度分泌介导突触与行为改变 - •Enhancing meningeal lymphatics alleviates age-related neural and cognitive decline
增强脑膜淋巴系统功能可缓解与年龄相关的神经及认知功能衰退
Summary 摘要
脑膜淋巴系统是脑脊液排出的重要通道,其功能障碍与多种神经退行性疾病相关。既往研究表明功能异常的脑膜淋巴管会引发行为学改变,但其背后的神经机制尚不明确。本研究发现长期脑膜淋巴功能障碍会改变皮层兴奋性与抑制性突触输入的平衡,并伴随记忆任务能力下降。这种由淋巴功能障碍引发的突触与行为学改变由小胶质细胞介导,导致白细胞介素 6 基因(Il6)表达上调。IL-6 通过反式信号传导与经典信号传导的协同作用驱动抑制性突触表型。在老年小鼠中恢复脑膜淋巴功能可逆转与衰老相关的突触及行为学改变。我们的研究结果表明,功能异常的脑膜淋巴系统通过 IL-6 依赖性机制对皮层神经环路产生负面影响,这为治疗衰老相关认知衰退提供了潜在干预靶点。
Graphical abstract 图文摘要
Keywords 关键词
脑膜淋巴系统 E/I 平衡突触小胶质细胞 IL-6 衰老 VEGF-CVEGFR3 脑膜神经免疫学
Introduction 引言
位于脑膜硬脑膜中的脑膜淋巴管,主要将脑脊液(CSF)及其所含的中枢神经系统(CNS)代谢废物引流至深部颈淋巴结(dCLNs)。自脑膜淋巴管被发现以来,从小鼠模型和人类研究中积累的证据表明,其功能障碍与多种神经退行性疾病相关。通过化学、遗传或手术手段清除脑膜淋巴管,会加剧阿尔茨海默病、创伤性脑损伤和慢性应激小鼠模型的行为学异常。相反,增强脑膜淋巴管功能可改善阿尔茨海默病、衰老和颅缝早闭小鼠模型的认知缺陷。尽管在不同小鼠模型中,脑膜淋巴管对行为的影响具有显著性和可重复性,但这些行为改变背后的神经机制仍不清楚。
为实现复杂的大脑功能,神经元需要整合紧密耦合的兴奋性与抑制性突触输入。这种抑制与兴奋输入间的精妙平衡通过缩窄突触后电流总和的时间窗口,在神经计算的精细调节中起着关键作用。在此背景下,兴奋/抑制(E/I)信号失衡已被提出作为多种神经精神疾病的潜在根源。在精神分裂症、自闭症谱系障碍和阿尔茨海默病的人类及动物模型中,均观察到通过增强兴奋或削弱抑制导致的 E/I 平衡向兴奋性偏移的现象。类似地,光遗传学干预手段无论是增强兴奋性神经元活动还是抑制抑制性神经元,都会导致社交缺陷,而这种缺陷可通过恢复 E/I 平衡得以逆转。最新研究表明,这种局部兴奋性优势会降低中尺度长程功能连接,并对全局神经计算产生不利影响。
通过手术和遗传模型,我们发现脑膜淋巴功能受损会降低抑制性突触传递并损害记忆表现。研究证实小胶质细胞是这些突触与行为改变的关键介导者,且脑膜淋巴功能障碍会提高皮层 Il6 表达水平。基因敲除 Il6、条件性神经元缺失 Il6ra 或药物阻断跨白细胞介素-6(IL-6)信号传导均可改善抑制性突触表型,表明经典与跨 IL-6 信号通路共同参与这些改变。此外,在脑膜淋巴管自然衰退的老年小鼠中增强其淋巴功能,可逆转衰老相关的突触与行为异常。这些发现共同揭示了小胶质细胞依赖的机制,将脑膜淋巴功能障碍与突触平衡改变及认知衰退联系起来。
Results 结果
Impaired memory after surgical ablation of meningeal lymphatics
脑膜淋巴管手术切除后记忆功能受损
为探究脑膜淋巴管对神经环路稳态及行为功能的贡献,我们通过手术结扎了将脑脊液引流至深部颈淋巴结的输入淋巴管(以下简称 dCLN 结扎组;图 S1A 和 S1B)。 1 2 术后 4 周颅内压未见显著变化(图 S1C)。在术后 4 周对 dCLN 结扎组小鼠与假手术对照组进行了行为学及电生理特征评估(图 1A)。

Figure S1. Behavioral, synaptic, and neuronal phenotypes of dCLN-ligated mice, related to Figure 1
图 S1. 与图 1 相关的 dCLN 结扎小鼠行为、突触和神经元表型
(A) dCLN 结扎手术示意图。A:前侧;P:后侧;M:内侧;L:外侧。
(B) 假手术/dCLN 结扎手术后 4 周小鼠硬脑膜 Lyve1 表达的代表性图像及定量分析。n=5 只(假手术组),n=7 只(结扎组),SSS 采用 Student t 检验,COS+TS 采用 Mann-Whitney 检验。比例尺:1 毫米。
(C) 假手术/dCLN 结扎小鼠的颅内压,n = 11 只(假手术组),n = 15(结扎组),Student t 检验。
(D) 假手术/dCLN 结扎小鼠在旷场试验中的移动距离和中心区域停留时间。n = 9(假手术组),n = 10(结扎组),Student t 检验。
(E) 假手术/dCLN 结扎小鼠在高架十字迷宫试验中开放臂停留时间。n = 9(假手术组),n = 10(结扎组),Student t 检验。
(F) 假手术/dCLN 结扎小鼠在三室社交测试中对社交目标/物体的嗅探时间。n = 14(假手术组),n = 15(结扎组),采用重复测量双因素方差分析。
(G) 假手术组/深颈淋巴结结扎组小鼠在强迫游泳测试中的不动潜伏期和持续时间。n = 8(假手术组),n = 11(结扎组),Student t 检验。
(H) 假手术组/深颈淋巴结结扎组小鼠在新物体识别测试中的移动距离和平均速度。n = 17(假手术组),n = 20(结扎组),Student t 检验。
(I)假手术组/dCLN 结扎组小鼠在水 Y 迷宫适应期和测试期的移动距离。n=9(假手术组),n=13(结扎组),Student t 检验。
(J、K、M 和 N)手术 2 周和 3 周后假手术组/dCLN 结扎组小鼠内侧前额叶皮层 II/III 层锥体神经元的 mIPSC 和 mEPSC 代表性轨迹及定量分析。n=17 个细胞(来自 3 只小鼠,2 周假手术组 mIPSC);n=13 个细胞(来自 3 只小鼠,2 周假手术结扎组 mIPSC);n=19 个细胞(来自 3 只小鼠,3 周假手术组 mIPSC);n=19 个细胞(来自 3 只小鼠,3 周结扎组 mIPSC);n=10 个细胞(来自 2 只小鼠,2 周假手术组 mEPSC);n=15 个细胞(来自 3 只小鼠,2 周结扎组 mEPSC);n=20 个细胞(来自 3 只小鼠,3 周假手术组 mEPSC);n=18 个细胞(来自 3 只小鼠,3 周结扎组 mEPSC);Mann-Whitney 检验。
(L 和 O)假手术组/dCLN 结扎组小鼠 CA1 锥体神经元微小抑制性突触后电流(mIPSC)和微小兴奋性突触后电流(mEPSC)的代表性记录轨迹及定量分析。mIPSC 数据来自每组 4 只小鼠的 20 个细胞,mEPSC 数据来自每组 2 只小鼠的 9 个细胞,采用 Mann-Whitney 检验。
(P) 假手术组/dCLN 结扎组小鼠术后 4 周大脑皮层粗突触体(P2)中 gephyrin、PSD-95、VGAT(囊泡 GABA 转运体)和 vGluT1(囊泡谷氨酸转运体 1)的代表性 Western blot 图像及定量分析。n=7 只(假手术组),n=7 只(结扎组),Student t 检验。
(Q) 粗突触体(P2)与 S2 组分及全组织匀浆(H)的代表性 Western blot 及定量分析。GluN1、vGluT1 和 PSD-95 作为兴奋性突触标志蛋白,VGAT、GABA-A 和 gephyrin 作为抑制性突触标志蛋白,actin、GAPDH 和 tubulin 作为内参蛋白,GFAP、connexin-43 和 Iba1 作为胶质细胞标志蛋白,c-Fos 和甲基化组蛋白 3(H3K9me3)作为核蛋白标志物。每组 n=4 个大脑皮层样本。
(R) 假手术组/dCLN 结扎组小鼠前扣带回皮层(ACC)中 GAD67 和 NeuN 阳性细胞的代表性图像及定量分析。n=5 只(假手术组),n=4 只(结扎组),Student t 检验。比例尺:100 μm。
(S) 假手术组/dCLN 结扎组小鼠 ACC 脑区 PV 阳性神经元的代表性图像及定量分析。n=8 只小鼠(假手术组),n=10 只(结扎组),Student t 检验。比例尺:200 μm。
(T–X) 实验示意图。在假手术/dCLN 结扎的 Pvalb-tdTomato 小鼠中,检测了 mPFC 第 II/III 层 tdTomato 阳性神经元与邻近 tdTomato 阴性神经元的静息膜电位(RMP)、输入阻抗、放电阈值及持续电流注射反应。n=11 个细胞(3 只假手术组非 PV 神经元);n=12 个细胞(4 只结扎组非 PV 神经元);n=12 个细胞(3 只假手术组 PV 神经元);n=14 个细胞(4 只结扎组 PV 神经元)。RMP 和阈值采用 Mann-Whitney 检验,其余指标采用重复测量双因素方差分析。
所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗ p < 0.05、 ∗∗∗ p < 0.001 或 ns(无统计学意义)。

Figure 1. dCLN-ligation alters synaptic E/I input balance and leads to memory deficits
图 1. 深颈淋巴结结扎改变突触兴奋/抑制输入平衡并导致记忆缺陷
(A) 实验示意图。在手术结扎通向深颈淋巴结(dCLNs)的传入淋巴管 4 周后,评估动物行为和内侧前额叶皮层(mPFC)II/III 层锥体细胞的突触特征。
(B) 假手术组/dCLN 结扎组小鼠在新物体识别测试中的典型鼻部追踪轨迹、探索时间定量分析及辨别指数。Fam:熟悉物体;Nov:新异物体;n=17 只(假手术组),n=20 只(结扎组),探索时间采用重复测量双因素方差分析,指数采用 Student t 检验。
(C) 示意图、代表性小鼠体态追踪轨迹及假手术组/dCLN 结扎组小鼠在水迷宫 Y 型臂停留时间量化分析。Fam:熟悉物体;Nov:新奇物体;n=9 只(假手术组),n=13 只(结扎组),采用重复测量双因素方差分析。
(D) 假手术组/dCLN 结扎小鼠前额叶皮层 II/III 层细胞的微型抑制性突触后电流(mIPSCs)代表性波形及定量分析。n=24 个细胞(来自 4 只假手术小鼠);n=22 个细胞(来自 4 只结扎小鼠);Mann-Whitney 检验。
(E) 假手术组/dCLN 结扎小鼠前额叶皮层 II/III 层细胞的微型兴奋性突触后电流(mEPSC)代表性波形及定量分析。n=21 个细胞(来自 4 只假手术小鼠);n=23 个细胞(来自 4 只结扎小鼠);Mann-Whitney 检验。
(F) 假手术组/dCLN 结扎小鼠前额叶皮层 II/III 层细胞自发性抑制性/兴奋性突触后电流(sIPSC/sEPSC)代表性波形及定量分析。n=35 个细胞(来自 7 只假手术小鼠);n=30 个细胞(来自 6 只结扎小鼠);Mann-Whitney 检验。
(G) 假手术组/dCLN 结扎小鼠 I 层刺激对 II/III 层锥体细胞 GABA A 受体介导电流与 AMPAR 介导电流比值的代表性波形。n=20 个细胞(来自 6 只假手术小鼠);n=21 个细胞(来自 6 只结扎小鼠);Mann-Whitney 检验。
(D–G) 同源动物细胞采用相同颜色标记。所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗ p < 0.05、 ∗∗ p < 0.01 或 ns(无统计学意义)。
在新物体识别测试中,小鼠最初会接触两个相同物体。24 小时后,其中一个物体会被替换为新物体。假手术组小鼠表现出对新物体的探索时间增加,而 dCLN 结扎组小鼠对两个物体的探索时间相近,表明其无法形成或提取已探索物体的记忆(图 1B)。为验证这些结果,我们采用了水迷宫 Y 型范式(图 1C),让小鼠在一条臂被阻断的 Y 型迷宫中游泳 3 分钟。短暂恢复后,允许小鼠自由探索整个迷宫。结果一致显示,假手术组小鼠偏好探索新开放的臂区,而 dCLN 结扎组小鼠在两个臂区的探索时间无显著差异(图 1C)。
我们测试了记忆障碍是否可归因于运动能力、焦虑、社交行为或抑郁样行为的改变。在旷场实验和高架十字迷宫测试中,dCLN 结扎小鼠与假手术对照组相比,在运动活性、中心区域停留时间或开放臂探索方面均无显著差异(图 S1D 和 S1E)。在三室社交测试中,它们的嗅探时间相似;在强迫游泳测试中,不动潜伏期和持续时间也相当(图 S1F 和 S1G)。在新物体识别测试和 Y 迷宫适应训练中,运动总距离未发生改变,尽管测试阶段 dCLN 结扎小鼠在熟悉臂中的活动有所增加(图 S1H 和 S1I)。
Dysfunctional meningeal lymphatics lead to an imbalance in synaptic E/I inputs
功能失调的脑膜淋巴系统会导致突触兴奋/抑制输入失衡
先前研究表明,脑膜淋巴管功能障碍会导致行为异常,但其与行为改变相关联的神经机制尚不明确。我们选择对内侧前额叶皮层(mPFC)进行电生理记录,因其参与决策与认知过程。皮层 II/III 层神经元产生的半球间投射有助于信息整合。在 II/III 层锥体神经元脑片电生理实验中,与对照组相比,dCLN 结扎小鼠微型抑制性突触后电流(mIPSCs)频率降低约 20%,振幅无变化(图 1D)。这种 mIPSC 频率下降在结扎后 3 周显现(图 S1J 和 S1K)。结扎 4 周后在海马 CA1 区突触也观察到类似改变(图 S1L)。相比之下,所有评估时间点和脑区的兴奋性突触相关参数——包括微型兴奋性突触后电流(mEPSC)频率与振幅——均未发生改变(图 1E 及 S1M-S1O)。 皮质粗突触体组分的蛋白质分析显示,抑制性突触后成分 gephyrin 和突触前成分 VGAT 分别减少约 20%(图 S1P)。兴奋性突触分子如 PSD-95 和 vGlut1 的水平则未发生变化(图 S1P)。在粗突触体分离组分(P2 ∗ ;图 S1Q)中,抑制性和兴奋性突触蛋白同样呈现富集现象。
随后,在未使用药物阻断剂的情况下(自发性兴奋性/抑制性突触后电流[sE/IPSCs]),我们评估了单个神经元的净兴奋/抑制突触输入。dCLN 结扎小鼠的 sIPSC 频率和振幅均出现下降(图 1F),同时 sEPSC 频率也呈现降低趋势(p=0.056)。该结果表明,观察到的 mIPSC 频率降低确实影响了类体内环境,且未被稳态调节机制所代偿。为验证此现象,我们在相同刺激后比较了同一神经元上抑制性突触反应与配对兴奋性突触反应的比值。通过电刺激 I 层轴突纤维,并分别将膜电位维持在-70mV 或 0mV 来测量兴奋性或抑制性突触反应。与前期实验结果一致,dCLN 结扎小鼠神经元的诱发 IPSC/EPSC 比值较假手术对照组降低约 20%(图 1G)。
为验证这种抑制性张力降低是否源于抑制性神经元缺失,我们通过前扣带回皮层 GAD67 免疫染色评估了抑制性神经元。假手术组与 dCLN 结扎组小鼠的神经元数量无显著差异(图 S1R)。同样,作为主要抑制性神经元亚型之一的 parvalbumin 阳性(PV + )神经元数量也未受 dCLN 结扎影响(图 S1S)。此外,利用 Pvalb-tdTomato 转基因小鼠,我们发现 dCLN 结扎组 Pvalb + (tdTomato + )神经元的固有电生理特性——包括静息膜电位、输入阻抗、阈值电位及持续电流注入时的放电频率均未发生改变(图 S1T-S1X)。邻近的 tdTomato − 神经元这些特性也保持稳定(图 S1T-S1X)。综上表明,dCLN 结扎导致的兴奋-抑制突触输入失衡源于突触网络重构,而非细胞群体变化或内在细胞特性改变。 值得注意的是,对浅表颈深淋巴结传入血管进行手术结扎的小鼠(sCLNs 结扎组;图 S2A-S2E)其电生理特性未发生改变。

Figure S2. Diverse aspects of synaptic phenotypes in mice with dysfunctional meningeal lymphatics, related to Figures 1 and 2
图 S2. 脑膜淋巴系统功能障碍小鼠的突触表型多样性,与图 1 和图 2 相关
(A) 浅表颈淋巴结(sCLN)结扎手术示意图(左)及实验设计(右)。sCLN 传入淋巴管手术结扎 4 周后,评估内侧前额叶皮层(mPFC)II/III 层锥体细胞的突触特征。A:前侧;P:后侧;M:内侧;L:外侧。
(B) 假手术/sCLN 结扎手术 4 周后小鼠硬脑膜 Lyve1 表达的代表性图像及定量分析。n=7 只(假手术组),n=5 只(结扎组),上矢状窦(SSS)采用 Student t 检验,窦汇(COS)+横窦(TS)采用 Mann-Whitney 检验。比例尺:1 毫米。
(C 和 D) 假手术组/上颈淋巴结结扎组小鼠内侧前额叶皮层 II/III 层锥体神经元的微小抑制性突触后电流(mIPSC)与微小兴奋性突触后电流(mEPSC)的代表性波形及定量分析。样本量:假手术组-mIPSC 为 3 只小鼠的 12 个细胞;结扎组-mIPSC 为 3 只小鼠的 13 个细胞;假手术组-mEPSC 为 3 只小鼠的 12 个细胞;结扎组-mEPSC 为 3 只小鼠的 15 个细胞;采用 Mann-Whitney 检验。
(E) 假手术组/上颈淋巴结结扎组小鼠内侧前额叶皮层 II/III 层锥体神经元的自发抑制性突触后电流(sIPSC)与自发兴奋性突触后电流(sEPSC)的代表性波形及定量分析。样本量:假手术组为 4 只小鼠的 16 个细胞;结扎组为 4 只小鼠的 17 个细胞;采用 Mann-Whitney 检验。
(F) VEGF-C/D-trap 作用机制示意图。
(G) 实验方案示意图。在脑池内注射 VEGF-C/D-trap 及其对照 4 周后,评估动物行为及内侧前额叶皮层 II/III 层细胞的突触特征。
(H) 对照/VEGF-C/D-trap 注射 4 周后小鼠硬脑膜 Lyve1 表达的代表性图像及定量分析。n=8 只(对照组),n=6 只(trap 组),SSS 采用 Student t 检验,COS+TS 采用 Mann-Whitney 检验。比例尺:1 毫米。
(I) 旷场实验中对照/trap 组小鼠的运动距离及中心区域停留时间。n=15(对照组),n=17(trap 组),Student t 检验。
(J) 新型物体识别测试中对照组/陷阱组小鼠的鼻部追踪轨迹、探索时间量化、辨别指数、移动距离及平均速度的代表性数据。n=12 只(对照组),n=16 只(陷阱组);探索时间采用重复测量双因素方差分析,辨别指数采用 Welch t 检验,移动距离和速度采用 Student t 检验。
(K) 水迷宫实验中对照组/陷阱组小鼠的躯体追踪轨迹及量化分析。n=8 只(对照组),n=13 只(陷阱组);采用重复测量双因素方差分析。
(L 和 M) 前额叶皮层 II/III 层锥体神经元微小抑制性突触后电流(mIPSC)与微小兴奋性突触后电流(mEPSC)的代表性轨迹及量化分析。对照组-mIPSC:4 只小鼠 19 个细胞;陷阱组-mIPSC:3 只小鼠 17 个细胞;对照组:3 只小鼠 16 个细胞;陷阱组:3 只小鼠 15 个细胞;采用 Mann-Whitney 检验。
(N) 前额叶皮层 II/III 层锥体神经元自发性抑制性/兴奋性突触后电流(sIPSC/sEPSC)的代表性轨迹及量化分析。对照组:5 只小鼠 25 个细胞;陷阱组:3 只小鼠 17 个细胞;采用 Mann-Whitney 检验。
(O) 开放场地试验中对照组/PLX5622 处理组假手术/dCLN 结扎小鼠的中心区域移动距离和停留时间。n=16(对照组-假手术)、n=17(对照组-结扎)、n=17(PLX5622-假手术)、n=18(PLX5622-结扎)。采用重复测量双因素方差分析。
(P) 新物体识别测试中对照组/PLX5622 处理组假手术与 dCLN 结扎小鼠的移动距离和平均速度。n=14(对照组-假手术)、n=16(对照组-结扎)、n=20(PLX5622-假手术)、n=17(PLX5622-结扎)。采用重复测量双因素方差分析。
(Q 和 R) 术后 4 周假手术/dCLN 结扎 Rag2 KO 小鼠 mPFC II/III 层锥体神经元的 mIPSC(Q)和 mEPSC(R)代表性轨迹及定量分析。n=28 个细胞(来自 5 只假手术-mIPSC);n=20 个细胞(来自 3 只结扎-mIPSC);n=20 个细胞(来自 3 只假手术);n=21 个细胞(来自 4 只结扎)。采用 Mann-Whitney 检验。
所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗ p<0.05、 ∗∗ p<0.01、 ∗∗∗ p<0.001 或 ns(无统计学意义)。
Genetic ablation of meningeal lymphatics recapitulates behavioral and synaptic phenotypes of dCLN-ligation
脑膜淋巴管基因消融再现了 dCLN 结扎的行为学和突触表型
为通过非手术方式消融脑膜淋巴管,我们采用经过充分验证的 VEGF-C/D-trap 系统(血管内皮生长因子-C/D-trap;图 S2F 和 S2G)。表达不结合 VEGF-C 的 VEGFR3 胞外结构域的腺相关病毒(AAV9-VEGFR3[Ig4-7]-Fc)作为对照组。注射 VEGF-C/D-trap AAV 四周后,硬脑膜中主要的 Lyve1 阳性管状结构消失(图 S2H)。VEGF-C/D-trap 小鼠的行为学和突触表型与 dCLN 结扎小鼠一致:在物体识别和 Y 迷宫测试中表现受损,但运动活性无变化(图 S2I-S2K);mPFC 第 II/III 层锥体神经元的 mIPSC 频率降低,但振幅和 mEPSC 参数未改变(图 S2L 和 S2M);sIPSC 频率下降,振幅及 sEPSC 各项参数均无变化(图 S2N)。
Microglia mediate the synaptic/behavioral phenotypes of meningeal lymphatic dysfunction
小胶质细胞介导脑膜淋巴功能障碍的突触/行为表型
由于脑膜淋巴管负责脑脊液引流,我们分析了假手术组和颈深淋巴结传入淋巴管结扎组小鼠的脑脊液蛋白质组与代谢组。检测结果显示颈深淋巴结传入淋巴管结扎后,补体信号通路分子(包括 C3、C4b、C8g 和 Cfh)、多种甘油三酯类物质,以及肌苷、AMP 和丙酰肉碱水平均呈上升趋势(表 S2)。这些代谢产物可能通过与脑实质中的神经元或非神经元细胞相互作用,触发导致突触和行为异常的反应。
小胶质细胞作为大脑常驻的巨噬细胞,能够响应脑膜淋巴系统的变化,并通过吞噬作用、细胞外基质重塑及校正神经元放电活动等多种机制调控神经网络活动以优化神经环路结构。为验证小胶质细胞在脑膜淋巴功能障碍小鼠行为学及突触表型中的必要性,我们联合应用了深部颈淋巴结结扎术与小胶质细胞清除技术。集落刺激因子 1 受体(CSF1R)信号通路对巨噬细胞(包括小胶质细胞)的存活至关重要。我们在深颈淋巴结结扎/假手术当日开始,通过饲料混饲法给予小鼠 CSF1R 拮抗剂 PLX5622。给药 4 周后,全脑范围小胶质细胞基本被清除(图 2A),深颈淋巴结结扎小鼠表现出的行为学及突触异常均被消除(图 2B-2D),且对运动功能无影响(图 S2O 和 S2P)。

Figure 2. Microglia mediate synaptic and behavioral phenotypes of dCLN-ligated mice
图 2. 小胶质细胞介导 dCLN 结扎小鼠的突触和行为表型
(A) 实验示意图及 PLX5622/对照饮食处理小鼠前扣带回皮层(ACC)的 Iba1 染色代表性图像。自手术日起给予 PLX5622/对照饮食,4 周后评估动物行为和内侧前额叶皮层(mPFC)II/III 层锥体细胞的突触特征。比例尺:200 μm。
(B) mIPSC 的代表性波形图和定量分析。n=31 个细胞来自 5 只小鼠(Ctrl-假手术组);n=27 个细胞来自 4 只小鼠(Ctrl-结扎组);n=33 个细胞来自 5 只小鼠(PLX5622-假手术组);n=34 个细胞来自 5 只小鼠(PLX5622-结扎组),双因素方差分析。
(C) PLX5622/对照饮食处理的假手术/dCLN 结扎小鼠的鼻部追踪轨迹、探索时间定量及新物体识别测试指数。Fam:熟悉物体;Nov:新物体;样本量 n=14(假手术对照)、n=16(结扎对照)、n=20(假手术 PLX5622)、n=17(结扎 PLX5622),采用重复测量双因素方差分析。
(D) PLX5622/对照饮食处理的假手术/dCLN 结扎小鼠在水迷宫 Y 型臂中的身体运动轨迹及定量分析。Fam:熟悉物体;Nov:新物体;样本量 n=17(假手术对照)、n=17(结扎对照)、n=23(假手术 PLX5622)、n=19(结扎 PLX5622),采用重复测量双因素方差分析。
(E) 实验示意图及 Csf1r ΔFIRE/ΔFIRE 基因小鼠与同窝对照小鼠前扣带回皮层(ACC)Iba1 染色的代表性图像。手术 4 周后检测前额叶皮层(mPFC)II/III 层锥体细胞的微小抑制性突触后电流(mIPSC)。比例尺:200 微米。
(F) 假手术/dCLN 结扎的 Csf1r ΔFIRE/ΔFIRE (Δ/Δ)小鼠及其同窝对照(WT)的微小抑制性突触后电流(mIPSC)代表性波形图及定量分析。n = 19 个细胞来自 3 只小鼠(WT-假手术组);n = 19 个细胞来自 3 只小鼠(WT-结扎组);n = 24 个细胞来自 4 只小鼠(Δ/Δ-假手术组);n = 23 个细胞来自 4 只小鼠(Δ/Δ-结扎组),双因素方差分析。
(B 和 F) 同一动物的细胞用相同颜色标记。所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗ p < 0.05, ∗∗∗ p < 0.001,或 ns(无统计学意义)。
为确认小胶质细胞在介导 dCLN 结扎小鼠突触表型中的作用,我们对 Csf1r-FIRE(fms 内含子调控元件)增强子敲除(KO)(Csf1r ΔFIRE/ΔFIRE )小鼠实施了 dCLN 传入血管结扎(图 2E),该模型在保留其他巨噬细胞群的同时缺失小胶质细胞。 43 与 PLX5622 实验结果一致,dCLN 结扎后 Csf1r ΔFIRE/ΔFIRE 小鼠的 mIPSC 频率未发生改变,而 Csf1r WT/WT 同窝对照则表现出 mIPSC 频率下降(图 2F)。振幅未观察到变化(图 2F)。另一方面,dCLN 结扎可降低 Rag2 KO 小鼠(缺乏 T/B 细胞)的 mIPSC 频率,这与野生型(WT)表现相似(图 S2Q 和 S2R)。
dCLN-ligation induces morphological, functional, and transcriptional changes in microglia
dCLN 结扎可诱导小胶质细胞的形态、功能及转录组改变
为探究功能异常的脑膜淋巴管如何影响小胶质细胞,我们分别从假手术组和深部颈淋巴结结扎(dCLN-ligated)小鼠前额叶皮层(PFC)中分离 CD45 + 阳性细胞进行单细胞测序(图 S3A-S3C)。对小胶质细胞显著上调基因(校正 p 值<0.05,log 2 FC>0.2;图 S3D)的基因本体(GO)分析显示,这些基因主要富集于"外源肽抗原加工与呈递"、"II 型干扰素反应"及"白细胞间相互作用的正向调控"等功能条目。特别值得注意的是,与吞噬作用及疾病相关小胶质细胞特征相关的基因表达均出现上调,包括 Apoe、Lyz2、C1qa/b/c、Ctsd 和 Tyrobp 等(图 S3E)。 44 需重点关注的是,作为损伤相关分子模式(DAMPs)的 S100a8 和 S100a9 仅在 dCLN 结扎组小鼠的小胶质细胞中特异性表达(图 S3F)。

Figure S3. Alteration of cortical microglia in dCLN-ligated mice, related to Figure 2
图 S3. dCLN 结扎小鼠皮质小胶质细胞的变化,与图 2 相关
(A) 实验示意图。假手术/dCLN 结扎手术后 4 周,分离前额叶皮层(PFC),分选 CD45 + 细胞并进行测序(每组 5 只小鼠混合样本)。
(B) 按细胞类型(左)和假手术/dCLN 结扎(右)显示的 UMAP(均匀流形近似与投影)图,展示假手术/dCLN 结扎小鼠皮质中 CD45 + 细胞的单细胞 RNA 转录组。
(C) 假手术/dCLN 结扎小鼠 PFC 中测序的 CD45 + 细胞群分布。
(D) 与假手术组相比,dCLN 结扎小鼠皮层小胶质细胞中上调基因(校正 p 值<0.05,log2FC>0.2)的基因本体(GO)分析结果。
(E 和 F) 小提琴图显示 dCLN 结扎小鼠皮层小胶质细胞中 Apoe、Lyz2、Ctsd、C1qa、Tyrobp、S100a9 和 S100a8 转录本表达水平,作为差异表达基因(DEGs)的代表。值得注意的是,S100a8 仅在 dCLN 结扎组小胶质细胞中表达。
(G 和 H) 假手术/dCLN 结扎小鼠前扣带回皮层(ACC)中小胶质细胞(Iba1)和溶酶体(Cd68)的代表性图像,以及小胶质细胞密度、体积和形态复杂度的定量分析。n=9 只(假手术组),n=8 只(结扎组),小胶质细胞体积采用 Mann-Whitney 检验,密度和球形度采用 Student t 检验。比例尺:40 微米。
(I 和 J) ACC 区小胶质细胞溶酶体(Iba1+ Cd68+)的三维重建代表性图像及假手术/dCLN 结扎组的定量分析。n=5 只(假手术组),n=4 只(结扎组),Student t 检验。比例尺:20 微米。
(K 和 L)对照组/陷阱小鼠 ACC 区域小胶质细胞(Iba1)、溶酶体(Cd68)的代表性图像,以及小胶质细胞密度、体积、形态复杂性和溶酶体含量的定量分析。n=8 只(对照组),n=8 只(陷阱组),小胶质细胞体积采用 Mann-Whitney 检验,小胶质细胞密度和球形度采用 Student t 检验。比例尺:40 微米。
(M 和 N)流式细胞术检测小胶质细胞 MerTK 表达的门控策略及其定量分析,n=4(假手术组),n=6(结扎组),Student t 检验。
(O) 使用 AAV-InhiPre 的实验示意图。生理状态下的抑制性突触前膜将通过 mCherry + 与 eGFP + 双阳性信号标记,而 mCherry + 单阳性信号将标记被吞噬的抑制性突触前膜。
(P 和 Q) dCLN 结扎小鼠内侧前额叶皮层中 InhiPre 与 Iba1 的低分辨率与高分辨率代表性图像。为增强邻近小胶质细胞体积的突触结构可见度,图像在 Iba1 + 体积三维表面外 1 微米处进行了遮罩处理。比例尺:200 微米(左图),25 微米(右图)。
(R) 未遮罩图像中 Iba1 与 mCherry 的曼德斯系数。每组 n=3 只小鼠,Student t 检验。
所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗ p<0.05、 ∗∗ p<0.01、 ∗∗∗ p<0.001 或 ns(无统计学意义)。
我们接下来比较了淋巴管结扎后小胶质细胞的形态和溶酶体含量。单个小胶质细胞在 dCLN 结扎后体积增加约 20%,但小胶质细胞密度和形态复杂度未发生改变(图 S3G 和 S3H)。与对照组相比,dCLN 结扎小鼠中 Iba1 阳性细胞的 CD68 体积(反映小胶质细胞溶酶体容量)增加了约 50%(图 S3I 和 S3J)。这种 CD68 体积增加现象在 AAV-VEGF-C/D-trap 注射的小鼠中也同样被观察到(图 S3K 和 S3L)。此外,在 dCLN 结扎小鼠的小胶质细胞中,关键吞噬受体 Mer 原癌基因酪氨酸激酶(MerTK)的表达也显著增加(图 S3M 和 S3N)。这些发现表明,小胶质细胞会通过改变其转录组、形态和功能来应对脑膜淋巴系统的功能障碍。
小胶质细胞在发育或神经退行性变过程中会吞噬突触。为验证观察到的突触表型是否源于小胶质细胞吞噬活性的改变,我们采用 AAV9-InhiPre(AAV9-GAD67-突触素-mCherry-EGFP)病毒载体,该载体将双色 mCherry + EGFP + 信号整合至抑制性突触前成分中。 47 该双色信号在生理 pH 条件下可被检测,而 EGFP + 信号在低溶酶体 pH 环境下会消失,仅保留 mCherry + 信号。 47 我们在假手术/dCLN 结扎术后 1 周向 mPFC 注射 AAV9-InhiPre(图 S3O)。注射 3 周后,采用抗 Iba1 抗体对前额叶皮层进行标记(图 S3P)。假手术组与 dCLN 结扎组小鼠 mPFC 内推定被吞噬的突触体积(mCherry + Iba1 + )无显著差异(图 S3Q 与 S3R)。
IL-6 mediates the synaptic and behavioral phenotypes
IL-6 介导突触与行为表型
为探究小胶质细胞调控抑制性突触的潜在机制,我们采用定量 PCR 检测细胞因子水平(Tnfa、Il1a、Il1b、Il2、Il4、Il6、Il10、Ifng 和 Il17a),发现 dCLN 结扎前额叶皮层中 Il6 表达量较假手术组升高 3.5 倍(图 3A)。富集的皮层 CD11b + 组分在 dCLN 结扎后也显示 Il6 表达量增加 4-6 倍(图 3B)。PLX5622 处理可消除 Il6 表达升高现象(图 S4A)。

Figure 3. Synaptic and behavioral phenotypes of dCLN-ligation disappear in Il6 KO mice
图 3. 在 Il6 基因敲除小鼠中 dCLN 结扎引起的突触和行为表型消失
(A) 假手术/dCLN 结扎小鼠前额叶皮层组织细胞因子的定量 PCR 筛查。每组 n=8 只小鼠,单样本 t 检验。
(B) 假手术/dCLN 结扎小鼠皮质 CD11b + 富集样本的 Il6 表达。n=4 只小鼠(假手术组),n=5 只(结扎组),Mann-Whitney 检验。
(C 和 D) 实验示意图、代表性波形图及假手术/dCLN 结扎 Il6 野生型/敲除小鼠内侧前额叶皮层 II/III 层锥体细胞 mIPSC 定量分析。n=21 个细胞来自 4 只小鼠(WT 假手术组);n=29 个细胞来自 5 只小鼠(WT 结扎组);n=22 个细胞来自 4 只小鼠(KO 假手术组);n=25 个细胞来自 4 只小鼠(KO 结扎组);双因素方差分析。(D) 同一动物的细胞用相同颜色标记。
(E) 假手术/dCLN 结扎的 Il6 野生型/敲除小鼠在旷场实验中的移动距离。n=19(Il6 野生型-假手术),n=14(Il6 野生型-结扎),n=19(Il6 敲除-假手术),n=19(Il6 敲除-结扎)。双因素方差分析。
(F) 假手术/dCLN 结扎的 Il6 野生型/敲除小鼠在新物体识别测试中的鼻部追踪轨迹代表图、探索时间定量及辨别指数。Fam:熟悉物体;Nov:新异物体;n=16(野生型-假手术),n=10(野生型-结扎),n=15(敲除-假手术),n=16(敲除-结扎);探索时间采用重复测量双因素方差分析,其余采用双因素方差分析。
所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗ p<0.05、 ∗∗ p<0.01、 ∗∗∗ p<0.001 或 ns(无统计学意义)。

Figure S4. Roles of IL-6 signaling in dCLN-ligated mice, related to Figures 3 and 4
图 S4. IL-6 信号在 dCLN 结扎小鼠中的作用,与图 3 和图 4 相关
(A) PLX5622 处理的假手术/dCLN 结扎小鼠的 Il6 表达。n=8 只小鼠(PLX5622-假手术组),7 只(PLX5622-结扎组),Student t 检验。
(B) 旷场试验中假手术/dCLN 结扎的 Il6 野生型/敲除小鼠在中心区域停留时间。n=19(Il6 野生型-假手术组),n=14(Il6 野生型-结扎组),n=19(Il6 敲除-假手术组),n=19(Il6 敲除-结扎组)。双因素方差分析。
(C) 新物体识别测试中假手术/dCLN 结扎的 Il6 野生型/敲除小鼠的运动距离和平均速度。n=16(野生型-假手术组),n=10(野生型-结扎组),n=15(敲除-假手术组),n=16(敲除-结扎组),探索时间采用重复测量双因素方差分析,其余采用双因素方差分析。
(D) 小胶质细胞(Iba1)和溶酶体(Cd68)的代表性图像,以及 ACC 脑区 Il6 野生型/敲除小鼠的小胶质细胞密度、体积和溶酶体的定量分析。n=6 只(Il6 WT),n=5 只(Il6 KO),Student t 检验。比例尺:40 微米。
(E) Il6ra fl/fl; Syn1-Cre 阳性或阴性小鼠前额叶皮层 II/III 层细胞的 mEPSC 代表性波形及定量分析。Cre-组:2 只小鼠 13 个细胞;Cre+组:3 只小鼠 19 个细胞。曼-惠特尼 U 检验。
(F) 人工脑脊液(aCSF)/卵清蛋白(OVA)/IL-6 缓释泵植入小鼠 mIPSC 检测实验示意图。
(G) OVA/IL-6 灌注小鼠前额叶皮层 II/III 层细胞的 mIPSC 代表性波形及定量分析。OVA 组:4 只小鼠 22 个细胞;IL-6 组:5 只小鼠 27 个细胞。曼-惠特尼 U 检验。
(H) 不同浓度 IL-6 暴露两周后前额叶皮层 II/III 层细胞的 mEPSC 代表性波形及定量分析。0 ng IL-6/h 组:4 只小鼠 25 个细胞;0.25 组:3 只小鼠 17 个细胞;0.5 组:4 只小鼠 20 个细胞;1.0 组:4 只小鼠 21 个细胞。克鲁斯卡尔-沃利斯检验。
(I) 突触体中 gp130 和 IL-6Rα的 Western blot 检测结果,以及突触体质量对照印迹(β-肌动蛋白、VGAT、vGlut1、PSD-95)。H 代表全组织匀浆;S1 为胞质/膜组分;S2 为胞质/轻膜组分;P2 ∗ 为粗制突触体;P3 为突触体膜组分;SPM 指突触质膜;PSD 为突触后致密物。
所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗∗ p < 0.01 或 ns(无统计学意义)
已有研究表明,脑切片急性 IL-6 处理会通过改变γ-氨基丁酸(GABA)受体的运输和/或内化作用,特异性抑制突触抑制性反应。 48 因此我们推测,过量 IL-6 可能介导了 dCLN 结扎诱发的电生理和行为表型。为验证该假说,我们检测了 Il6 基因敲除(KO)小鼠与同龄野生型(WT)小鼠在 dCLN 结扎或假手术后的微小抑制性突触后电流(mIPSC)及行为学表现(图 3C)。值得注意的是,与假手术组 Il6 KO 小鼠相比,dCLN 结扎的 Il6 KO 小鼠 mIPSC 频率显著升高(而非降低)(图 3D)。在新物体识别测试中,与 dCLN 结扎的 Il6 WT 同窝仔鼠不同,dCLN 结扎的 Il6 KO 小鼠在运动能力未改变的情况下,对新物体的探索时间显著多于熟悉物体(图 3E、3F、S4B 和 S4C)。Il6 KO 本身并未改变小胶质细胞的密度、体积及 CD68 + 阳性体积(图 S4D)。虽然 Il6 KO 导致 dCLN 结扎后 mIPSC 频率升高的具体机制尚不明确,但这些结果表明 IL-6 信号通路可能是 dCLN 结扎表型的潜在调控介质。
Classical and trans-IL-6 signaling mediate the effects of dysfunctional meningeal lymphatics on synapses
经典和反式 IL-6 信号通路介导功能失调的脑膜淋巴管对突触的影响
IL-6 是一种促炎细胞因子,通过两条途径发挥下游信号传导作用。 49 50 IL-6 可与膜结合受体 IL-6Rα结合,通过 gp130 启动下游信号传导(经典 IL-6 信号通路);或与细胞外空间中的可溶性 IL-6Rα结合,形成 IL-6-可溶性 IL-6Rα复合物,在那些不表达 IL-6Rα的细胞上通过膜结合 gp130 启动信号传导(反式 IL-6 信号通路)。
我们采用 gp130 可溶性结构域的 Fc 融合蛋白(sgp130Fc)评估了反式 IL-6 信号通路的作用,该蛋白能结合并清除细胞外 IL-6 + sIL-6Rα复合物,从而抑制反式 IL-6 信号传导。 50 将装载 sgp130Fc 或人工脑脊液(aCSF)的渗透泵植入 dCLN 结扎或假手术小鼠的 mPFC(图 4A)。在 dCLN 结扎小鼠中阻断反式 IL-6 信号通路,可部分缓解 aCSF 处理对照组中观察到的 mIPSC 频率降低现象(图 4B)。

Figure 4. IL-6 signaling mediates synaptic and behavioral phenotypes of dCLN-ligated mice
图 4. IL-6 信号通路介导 dCLN 结扎小鼠的突触与行为表型
(A 和 B) 实验示意图、代表性波形及 mPFC 第 II/III 层锥体神经元微小抑制性突触后电流(mIPSC)定量分析,数据来自植入可溶性 gp130-Fc(sgp130Fc)/人工脑脊液(aCSF)渗透泵的假手术/dCLN 结扎小鼠。n=18 个细胞(3 只 aCSF 假手术鼠);n=25 个细胞(5 只 aCSF 结扎鼠);n=22 个细胞(4 只 sgp130Fc 假手术鼠);n=32 个细胞(5 只 sgp130Fc 结扎鼠);双因素方差分析。
(C 和 D) 实验示意图、代表性波形及 mPFC 第 II/III 层锥体神经元 mIPSC 定量分析,数据来自假手术/dCLN 结扎的 Il6ra fl/fl; Syn1-Cre 阳性或阴性小鼠。n=27 个细胞(4 只 Cre(−)假手术鼠);n=29 个细胞(5 只 Cre(−)结扎鼠);n=20 个细胞(3 只 Cre(+)假手术鼠);n=27 个细胞(5 只 Cre(+)结扎鼠);双因素方差分析。
(E 和 F) 不同浓度 IL-6 持续暴露 2 周后,内侧前额叶皮层 II/III 层锥体细胞微小抑制性突触后电流(mIPSC)的实验示意图、代表性记录轨迹及定量分析。数据量:0 ng IL-6/h 组 4 只小鼠 21 个细胞;0.25 ng 组 4 只小鼠 18 个细胞;0.5 ng 组 4 只小鼠 26 个细胞;1 ng 组 3 只小鼠 17 个细胞;采用 Kruskal-Wallis 检验及 Dunn 多重比较检验。
(B、D 和 F) 同源动物细胞使用相同颜色标记。所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗ p < 0.05, ∗∗ p < 0.01, ∗∗∗ p < 0.001,或 ns(无统计学意义)。
为研究经典 IL-6 信号通路的作用,我们将 Il6ra fl/fl 小鼠与 Syn1-Cre 小鼠杂交,在神经元中条件性敲除 IL-6Ra(Il6ra fl/fl ;Syn1-Cre+/−,称为 Il6ra 条件性敲除[cKO]),并进行 dCLN 结扎或假手术。Il6ra fl/fl 同窝对照小鼠(Il6ra fl/fl ;Syn1-Cre−/−,称为 Il6ra 野生型[WT])也接受手术作为对照组(图 4C)。dCLN 结扎相关的抑制性突触表型在 Il6ra cKO 小鼠中被消除(图 4D)。通过 mEPSC 测量的兴奋性突触特性在 Il6ra cKO 与 WT 小鼠中表现相当(图 S4E)。综上,经突触和经典 IL-6 信号通路共同介导了 dCLN 结扎后 mPFC 中 mIPSC 频率的降低。
这些结果表明,长期暴露于 IL-6 可能导致抑制性突触功能改变。为验证这一假设,我们在野生型小鼠内侧前额叶皮层植入载有 aCSF 或重组小鼠 IL-6(0.25、0.5、1.0 纳克/小时)的渗透泵,两周后评估突触表型(图 4E)。发现慢性暴露于 0.5 和 1.0 纳克/小时的 IL-6 会降低微小抑制性突触后电流(mIPSC)频率(图 4F)。0.25 纳克/小时的 IL-6 处理未引起抑制性突触变化,等量卵清蛋白注射也不影响 mIPSCs(图 S4F 和 S4G)。慢性 IL-6 处理既不影响微小兴奋性突触后电流(mEPSC)频率,也不改变其振幅(图 S4F 和 S4H)。
采用成年小鼠皮层突触分级分离物检测 IL-6Rα和 gp130 的免疫反应性。gp130 蛋白在 P3 分级组分中富集,而 IL-6Rα在突触后致密区(PSD)组分中仍可检测到(图 S4I)。
Enhancing meningeal lymphatics in aged mice alleviates aging-associated synaptic and behavioral changes
增强老年小鼠脑膜淋巴系统功能可缓解衰老相关的突触和行为改变
衰老会损害啮齿动物和人类脑膜淋巴管的结构和功能 7 9 10 ,而在老年小鼠中增强脑膜淋巴功能可改善空间记忆 9 。为探究衰老与突触表型的关系,我们检测了老年小鼠(20-24 月龄)和年轻小鼠(2 月龄)大脑皮层锥体神经元的 mEPSC 和 mIPSC。正如预期,mPFC 第 II/III 层锥体细胞的 mIPSC 和 mEPSC 频率分别下降了 22%和 46%,但对振幅无显著影响(图 5A 和 5B)。

Figure 5. Enhancing meningeal lymphatics in aged mice alleviates aging-associated synaptic and behavioral alterations
图 5. 增强老年小鼠脑膜淋巴系统功能可缓解衰老相关的突触及行为改变
(A 和 B) 2 月龄与 24 月龄小鼠内侧前额叶皮层 II/III 层锥体细胞的 mIPSC/mEPSC 代表性波形及定量分析。样本量:2 月龄 mIPSC 组为 5 只小鼠的 15 个细胞;2 岁龄 mIPSC 组为 4 只小鼠的 18 个细胞;2 月龄 mEPSC 组为 4 只小鼠的 16 个细胞;2 岁龄 mEPSC 组为 3 只小鼠的 16 个细胞;Student t 检验。
(C) 实验示意图。在脑池注射 AAV1-CMV-EGFP/AAV1-CMV-mVEGF-C 病毒 4 周后,检测 20-24 月龄小鼠内侧前额叶皮层 II/III 层锥体细胞的突触特征及行为特征。
(D) 脑室注射 4 周后小鼠硬脑膜 Lyve1 表达的代表性图像及定量分析。样本量:老年+EGFP 组 5 只小鼠,老年+VEGF-C 组 6 只小鼠;Student t 检验。比例尺:1 毫米。
(E 和 F) EGFP/mVEGF-C 处理的 20∼24 月龄小鼠微小抑制性/兴奋性突触后电流(mIPSC/mEPSC)的代表性波形图及定量分析。n=28 个细胞(来自 5 只 EGFP 组小鼠的 mIPSC);n=35 个细胞(来自 6 只 VEGF-C 组小鼠的 mIPSC);n=19 个细胞(来自 3 只 EGFP 组小鼠的 mEPSC);n=20 个细胞(来自 3 只 VEGF-C 组小鼠的 mEPSC);曼-惠特尼 U 检验。
(G) EGFP/mVEGF-C 处理的 20∼24 月龄小鼠在新物体识别测试中的鼻部追踪轨迹代表性图谱及探索时间定量。Fam:熟悉物体;Nov:新物体,n=12 只(EGFP 组),n=11 只(VEGF-C 组),探索时间采用重复测量双因素方差分析,识别指数采用 Student t 检验。
(H) EGFP/mVEGF-C 处理的 20∼24 月龄小鼠前额叶皮层(PFC)的 qPCR 检测结果。n=3 只(EGFP 组),n=6 只(VEGF-C 组),单样本 t 检验。
(I) 实验示意图。在脑池内注射 AAV1-CMV-EGFP/AAV1-CMV-mVEGF-C 及假手术/dCLN 结扎术后 4 周,评估 mPFC 第 II/III 层细胞的突触特征。
(J) 微小抑制性突触后电流(mIPSC)的代表性波形及定量分析。假手术-EGFP 组:4 只小鼠的 25 个细胞;假手术-VEGF-C 组:6 只小鼠的 36 个细胞;结扎-VEGF-C 组:5 只小鼠的 29 个细胞;Kruskal-Wallis 检验。
(A、B、E、F 和 J) 同只动物的细胞用相同颜色标注。所有数据均以均值±标准误表示。显著性标记为 ∗ p < 0.05、 ∗∗ p < 0.01、 ∗∗∗ p < 0.001 或 ns(无统计学意义)。
已有研究表明,老年小鼠经小脑延髓池注射 AAV1-CMV-mVEGF-C 可增强脑膜淋巴管的覆盖范围和功能,并伴随认知缺陷的改善。 9 35 我们注射了 AAV1-CMV-mVEGF-C(以 AAV1-CMV-EGFP 作为对照),并在 4 周后评估突触和行为表型(图 5C)。如先前所示,VEGF-C 增加了 Lyve1 + 的覆盖面积(图 5D)。VEGF-C 处理后,大脑和硬脑膜的免疫细胞群未发生显著变化(图 S5A-S5D)。令人惊讶的是,与注射 EGFP 的对照组相比,VEGF-C 处理恢复了老年小鼠内侧前额叶皮层(mPFC)中降低的微小抑制性突触后电流(mIPSC)频率(图 5E)。微小兴奋性突触后电流(mEPSC)的频率和振幅未受影响(图 5F),而自发性兴奋性/抑制性突触后电流(sE/IPSCs)的频率均有所增加(图 S6A)。此外,经 VEGF-C 处理的老年小鼠在新物体识别测试中表现改善(图 5G 和 S6B-S6D)。我们还观察到 VEGF-C 处理的老年小鼠中 Il6(与 Tnfa 一起)水平降低,这与我们之前的数据一致,即 IL-6 介导了硬脑膜颈淋巴结结扎引起的抑制性突触变化(图 5H)。 为确认 VEGF-C 对突触回路的影响确实源于脑膜淋巴管功能增强而非其脱靶效应,我们在老年小鼠(19∼22 月龄;图 5I)中联合实施了 AAV1-CMV-mVEGF-C(或 EGFP)的脑膜内注射与假手术/dCLN 结扎术。注射及手术后 4 周,假手术组中 VEGF-C 处理组小鼠的微小抑制性突触后电流(mIPSC)频率较 EGFP 处理组显著升高(图 5J)。然而 dCLN 结扎完全消除了 VEGF-C 的治疗效果(图 5J),表明该效应确实通过增强的淋巴管功能介导。

Figure S5. The dura and brain immune landscapes in young, aged, and meningeal-lymphatics-enhanced aged mice, related to Figure 5
图 S5. 年轻小鼠、老年小鼠及脑膜淋巴系统增强老年小鼠的硬脑膜与大脑免疫图谱,与图 5 相关
(A) 硬脑膜流式细胞术实验的代表性设门策略
(B) 流式细胞术实验中各免疫细胞群的数量统计
(C) 大脑流式细胞术实验的代表性设门策略
(D) 流式细胞实验中各免疫细胞亚群的定量分析
所有数据均以均值±标准误表示。采用 Kruskal-Wallis 检验及 Dunn 多重比较检验。显著性标记为 ∗ p < 0.05、 ∗∗ p < 0.01 或 ns(无统计学意义)。

Figure S6. Impact of VEGF-C treatment on behavior and microglial phenotypes in aged mice, related to Figure 5
图 S6. VEGF-C 治疗对老年小鼠行为和小胶质细胞表型的影响,与图 5 相关
(A) AAV1-CMV-EGFP(EGFP)/AAV1-CMV-mVEGF-C(VEGF-C)治疗老年小鼠后 sIPSC/EPSC 定量分析。n=4 只小鼠的 18 个细胞(EGFP);n=5 只小鼠的 25 个细胞(VEGF-C);Mann-Whitney 检验。
(B) 开放场试验中 EGFP/VEGF-C 治疗老年小鼠的总运动距离和平均速度。n=17 只(EGFP)和 n=15 只(VEGF-C)小鼠,运动距离采用 Student t 检验,中心时间采用 Mann-Whitney 检验。
(C) 新物体识别测试中 EGFP/VEGF-C 治疗老年小鼠的运动距离。n=12 只(EGFP)和 n=11 只(VEGF-C)小鼠,Mann-Whitney 检验。
(D) 经 EGFP/VEGF-C 处理的老年小鼠在 Y 迷宫测试中的探索时间与运动距离。n=16(EGFP 组)与 n=13(VEGF-C 组)小鼠,探索时间采用重复测量双因素方差分析,运动距离采用 Student t 检验。
(E) 实验示意图。EGFP/VEGF-C 处理 4 周后解剖皮层,分选 CD45 + 细胞并进行测序(每组 2-4 只小鼠样本混合)。
(F) 假手术/dCLN 结扎组(左)与 EGFP/VEGF-C 处理老年组(右)小鼠皮层小胶质细胞的合并 UMAP 图谱。
(G) 假手术/dCLN 结扎/EGFP 老年/VEGF-C 老年组小胶质细胞聚类 UMAP 图(左)与群体分布图(右)。
(H) 簇 5 小胶质细胞与其他小胶质细胞相比对应转录本的火山图
(I) VEGF-C 处理老年小鼠与 EGFP 处理老年小鼠相比小胶质细胞差异表达基因的火山图
(J) 与 EGFP 处理的老年小鼠相比,VEGF-C 处理的老年小鼠中下调基因(校正 p 值<0.05,log 2 FC<0.2)的 GO 分析
(K) 同时满足以下两个条件的基因 GO 分析:(1) VEGF-C 处理的老年小鼠相比 EGFP 组下调基因(校正 p 值<0.05,log 2 FC<0.2);(2) dCLN 结扎小鼠相比假手术组上调基因(校正 p 值<0.05,log 2 FC>0.2)
(L) 小提琴图显示 dCLN 结扎小鼠和 VEGF-C 处理老年小鼠皮层小胶质细胞中代表性重叠差异表达基因 S100a8、S100a9、Apoe 和 Cd68 的表达水平
(M) EGFP/VEGF-C 处理老年小鼠前扣带回皮层中小胶质细胞(Iba1)、溶酶体(Cd68)的代表性图像,以及小胶质细胞密度、体积和溶酶体含量的定量分析。n=5 只(EGFP 组),n=5 只(VEGF-C 组),Student t 检验。比例尺:40 微米
所有数据均以均值±标准误表示。显著性标注为 ∗ p<0.05、 ∗∗ p<0.01、 ∗∗∗ p<0.001 或 ns(无统计学意义)。
我们还通过结合先前假手术/dCLN 结扎小鼠的转录组数据(图 S6E),评估了 VEGF-C-/EGFP 处理老年小鼠小胶质细胞的转录组。值得注意的是,其中一个聚类(聚类 5)在 dCLN 结扎条件(7.55% vs 假手术组 0.45%)和 EGFP 老年条件(6.47% vs VEGF-C 老年组 1.06%)中均呈现富集(图 S6F 和 S6G)。该聚类显示 S100a8、S100a9 和 Camp 是关键特征基因(图 S6H)。在 VEGF-C 老年组小胶质细胞 281 个下调的差异表达基因(DEGs)中,富集通路包括"病毒过程调控"、"创伤愈合"和"细胞稳态"(图 S6I 和 S6J)。此外,其中 43 个基因与 dCLN 结扎小胶质细胞中上调的 DEGs 存在重叠,显著关联的 GO 条目包括"II 型干扰素反应"、"中性粒细胞趋化性"和"干扰素β反应"(图 S6K)。令人惊讶的是,在 dCLN 结扎小胶质细胞中特异性表达的 S100a8 和 S100a9,与 EGFP 老年组相比,在 VEGF-C 老年组小胶质细胞中也几乎完全缺失(表达量降低约 30 倍和 50 倍;图 S6L)。 然而,其他因 dCLN 结扎而上调的基因(如 Apoe 和 Cd68)在 VEGF-C 处理的衰老小胶质细胞中表达相似。与此一致的是,VEGF-C 处理并未影响小胶质细胞密度、形态或 CD68 + 体积(图 S6M)。
Discussion 讨论
综上所述,我们的研究结果凸显了脑膜淋巴系统在维持皮层网络稳态中的关键作用。通过遗传学和手术模型造成的脑膜淋巴功能障碍会导致与突触兴奋/抑制输入失衡相关的记忆缺陷。通过药理学或遗传学手段实现的小胶质细胞清除可消除这些表型。我们进一步证明 dCLN 结扎会诱导皮层 Il6 表达升高,进而通过经典和反式 IL-6 信号通路影响抑制性突触。最后,本研究强调了增强脑膜淋巴功能对缓解年龄相关突触和认知缺陷的潜在价值。
在脑膜淋巴功能失调状态下,小胶质细胞表现出共同的转录组特征,包括特异性表达 S100a8 和 S100a9 蛋白。然而驱动这些小胶质细胞变化的确切分子机制尚不明确。在 dCLN 结扎小鼠的脑脊液中未检测到硬脑膜源性细胞因子,颅内压力与假手术组相比也无变化。一种合理的解释是脑内废物清除功能受损导致了小胶质细胞改变。既往研究表明,dCLN 结扎小鼠和 Twist1 +/− 小鼠存在废物清除延迟和脑室示踪剂滞留现象 9 51 52 。此外,通过清除实质边界巨噬细胞(PBMs)破坏血管周围脑脊液流动后,会导致突触关键粘附分子 neurexin 在脑脊液中水平升高 53 54 。除已观察到的蛋白质积聚、极性代谢物和脂质种类外,通常经脑膜淋巴系统清除的多种化学因子可能共同促成了这些小胶质细胞变化。
S100A8/A9 作为损伤相关分子模式(DAMPs),广泛存在于多种炎症和感染环境中,包括大脑淀粉样斑块周围区域。这些分子作为 Toll 样受体 4(TLR4)和晚期糖基化终末产物受体(RAGE)的内源性配体,能够增强小胶质细胞释放白细胞介素 6(IL-6)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)。研究证实,S100A8/A9 处理可诱导原代小胶质细胞和外周血单个核细胞(PBMCs)中 Il6 基因的表达。最新实验证据表明,敲除 S100a9 基因可降低原代小胶质细胞在脂多糖(LPS)刺激下 Il6 的表达水平。
我们的数据表明,所观察到的抑制性输入减少是由过量的 IL-6 介导的,这种促炎细胞因子与多种神经精神疾病和神经退行性疾病相关。老年小鼠的小胶质细胞及阿尔茨海默病患者尸检脑组织中 Il6 表达均有所增加,且情绪障碍患者脑脊液中 IL-6 水平显著升高。 61 62 63 64 母体免疫激活引发的长期行为改变同样依赖于 IL-6 信号通路。 65 此外,血清 IL-6 水平与阿尔茨海默病及抑郁症患者的认知能力和疾病严重程度呈负相关。 62 小鼠实验进一步证实,社交挫败后血清 IL-6 水平会急剧上升,导致血脑屏障功能受损, 66 67 而向伏隔核亚急性输注 IL-6 则会改变社会偏好行为。 67
先前研究也表明 IL-6 参与调节兴奋/抑制(E/I)突触平衡。GFAP-IL6 转基因小鼠由于抑制性神经元数量减少和兴奋性降低,表现出更高的癫痫易感性 68 69 70 。急性给予脑切片 IL-6 可快速且可逆地降低抑制性突触反应,提示神经元可能直接响应 IL-6 48 。此外,模拟母体免疫激活的脉冲式 IL-6 处理在体外增强了兴奋性张力而不影响抑制性张力 71 。这些研究共同表明,IL-6 通过多种机制使 E/I 平衡向兴奋性增强方向偏移。值得注意的是,IL-6 信号下游过度活跃的 Janus 激酶 2(JAK2)-信号转导和转录激活因子 3(STAT3)功能,已通过不依赖核转位的信号通路与活动依赖性突触消除及受体内吞相关联 72 73 。有趣的是,JAK2 和 STAT3 在突触后致密区(PSD)中高度富集。 74 需要进一步研究来揭示在长期暴露于 IL-6 环境下导致抑制性突触特异性减少的确切生化级联反应和亚细胞定位机制。
生物衰老常导致认知功能下降,并伴随突触功能的多种改变。 75 76 我们证实增强脑膜淋巴系统可逆转衰老相关的记忆缺陷,并恢复降低的皮层抑制性张力。值得注意的是,脑膜淋巴功能的恢复主要影响抑制性突触,这与我们的功能缺失研究结果一致。近期一项研究支持这一发现,该研究表明通过 VEGF-C 改善脑膜淋巴引流可正向改变抑制性神经元的转录组。 35 该研究中的 VEGF-C 治疗上调了脑源性神经营养因子(BDNF)相关信号通路,这对抑制性神经元的突触形成和可塑性至关重要。 77
总体而言,我们的研究结果表明功能失调的脑膜淋巴系统通过调节抑制性突触输入来影响神经环路,导致兴奋/抑制(E/I)张力失衡。这为先前关于脑膜淋巴功能障碍与行为缺陷关联的报道提供了合理解释。此外,该发现凸显了靶向脑膜淋巴系统治疗衰老相关认知衰退的潜在价值。
Limitations of the study 研究局限性
本研究观察到的微小抑制性突触后电流(mIPSCs)频率降低主要归因于突触数量的变化。然而,我们无法排除这种现象源于抑制性突触前特征改变的可能性,例如即刻释放池变化、钙离子通道簇特性改变或突触纳米结构域排列异常。此外,S100a8/a9 表达与脑膜淋巴管功能障碍之间的具体关联机制尚不明确。本研究未采用细胞类型特异性 Il6 基因敲除模型来探究 IL-6 的直接来源。考虑到星形胶质细胞能够表达 IL-6,它们可能导致了观察到的 Il6 表达升高现象。最后,本研究未深入探讨 IL-6 特异性影响抑制性(而非兴奋性)突触的下游作用机制。
Resource availability 资源可用性声明
Lead contact 首席联系人
如需更多信息或有任何请求,请联系首席联系人 Jonathan Kipnis(kipnis@wustl.edu)。
Materials availability 材料可用性
本研究未产生独特材料。但我们欢迎就实验方案细节进行咨询,以确保研究结果的可重复性。
Data and code availability
数据与代码可用性声明
单细胞 RNA 测序的 Fastq 文件及基因定量计数数据已存入基因表达综合数据库(GEO),编号如下:GSE270428(假手术组与 dCLN 结扎小鼠前额叶皮层小胶质细胞转录组)和 GSE285073(AAV1-CMV-EGFP/VEGF-C 处理的 C57BL/6N 小鼠皮层小胶质细胞转录组)。假手术组与 dCLN 结扎小鼠的脑脊液蛋白质组学、极性代谢组学及脂质组学原始数据详见附表 S2。原始印迹图像请参阅补充材料。
Acknowledgments 致谢
我们感谢 Shirley Smith 和 Daniel Gibson 博士对文稿的编辑;感谢韩国科学技术院的 Won-Suk Chung 博士、昆士兰大学的 David A. Hume 博士、爱丁堡大学的 Clare Pridans 博士以及加州大学欧文分校的 Mathew Blurton-Jones 博士慷慨分享研究材料;同时感谢 Mingjie Li 博士和 Hope Center 载体核心团队提供的 AAV 制备支持。衷心感谢 Petra Erdmann-Gilmore、Yiling Mi 博士、Alan Davis 和 Rose Connors 提供的专业技术协助。蛋白质组学实验由华盛顿大学蛋白质组学共享资源中心(WU-PSR)的主任 R. Reid Townsend 医学博士、哲学博士及联合主任 Robert Sprung 哲学博士完成。WU-PSR 部分由华盛顿大学临床与转化科学研究所(NCATS UL1 TR000448)、质谱研究资源(NIGMS P41 GM103422 和 R24GM136766)以及 Siteman 综合癌症中心支持基金(NCI P30 CA091842)资助。我们感谢华盛顿大学医学院 McDonnell 基因组研究所基因组技术访问中心在文库制备、测序及分析方面提供的帮助。 基因组技术访问中心的部分资金支持来自美国国立卫生研究院(NIH)下属国家研究资源中心(NCRR)通过 Siteman 癌症中心授予的 NCI 癌症中心支持基金 P30 CA91842,以及 NIH 医学研究路线图计划。本出版物仅代表作者个人观点,不一定反映 NCRR 或 NIH 的官方立场。代谢组学和脂质组学分析由圣路易斯华盛顿大学质谱与代谢示踪中心完成。我们感谢 Kevin Cho 和 Patti Gary 提供的专业技术支持。本研究获得了美国国立卫生研究院/国家老龄化研究所(AG034113 和 AG078106)、圣路易斯华盛顿大学 BJC 研究者计划以及神经科学创新基金会给予 J.K.的资助。韩国国家研究基金会(2021R1A6A3A14045044 授予 K.K.)也为本研究提供了部分支持。
Author contributions 作者贡献
概念构思:K.K.和 J.K.;研究方法:K.K.、D.A.、S.D.、Z.P.、J.H.、I.S.和 J.K.;形式分析:K.K.、Z.P.、S.D.、J.H.和 J.C.;实验调查:K.K.、D.A.、S.D.、Z.P.、J.C.、J.H.和 I.S.;研究资源:I.S.、J.-L.T.、M.C.和 J.K.;数据管理:K.K.、D.A.、S.D.、Z.P.、J.H.和 J.C.;初稿撰写:K.K.和 J.K.;文稿修订:K.K.、D.A.、S.D.、Z.P.、J.C.、I.S.、J.-L.T.、M.C.和 J.K.;图表制作:K.K.和 J.K.;项目监督:J.K.;资金获取:J.K.
Declaration of interests 利益声明
J.K.是 Rho Bio 联合创始人,并持有与本研究成果相关的专利及临时申请。
Declaration of generative AI and AI-assisted technologies in the writing process
生成式人工智能及 AI 辅助技术在写作过程中的使用声明
作者使用 ChatGPT4o 检查语法和风格
STAR★Methods STAR★方法
Key resources table 关键资源表
| REAGENT or RESOURCE | SOURCE | IDENTIFIER |
|---|---|---|
| Antibodies | ||
| Goat-anti Iba1 | Abcam | Ab5076; RRID: AB_2224402 |
| Rat-anti Cd68 | Abcam | Ab53444; RRID:AB_869007 |
| Rabbit-anti NeuN-Alexa 647-conjugated | Abcam | Ab190565; RRID:AB_2732785 |
| Mouse-anti Parvalbumin | Sigma | SAB4200545; RRID:AB_2857970 |
| Mouse-anti GAD67 | Abcam | Ab26116; RRID:AB_448990 |
| Rat-anti Lyve1-eFluor 660-conjugated | Invitrogen | 50-0443-82; RRID:AB_10597449 |
| Armenian Hamster-anti CD31 | Millipore | Mab1398Z; RRID:AB_94207 |
| Alexa Fluor™ 488 AffiniPure goat anti-Armenian hamster IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratory | Cat#127-545-160; RRID: AB_2338997 |
| Goat anti-mouse IgG (H+L) highly cross-adsorbed secondary antibody, Alexa Fluor™ | Invitrogen | Cat#A-11029; RRID: AB_2534088 |
| Chicken anti-goat IgG (H+L) cross-adsorbed secondary antibody, Alexa Fluor™ 647 | Invitrogen | Cat#A-21469; RRID: AB_2535872 |
| Chicken anti-rat IgG (H+L) cross-adsorbed secondary antibody, Alexa Fluor™ 488 | Invitrogen | Cat#A-21470; RRID: AB_2535873 |
| Purified anti-mouse CD16/32 antibody | BD Bioscience | Cat#101302; RRID: AB_312800 |
| Anti-CD11b-BV563 | BD Bioscience | Cat#741242; RRID: AB_2870793 |
| Anti-CD45-BV750 | BD Bioscience | Cat#746947; RRID: AB_2871734 |
| Anti-TCRβ-BUV805 | BD Bioscience | Cat#748405; RRID: AB_2872824 |
| Anti-CD19-BUV615 | BD Bioscience | Cat#751213; RRID: A2875235B_ |
| Anti-Ly6G-BUV661 | BD Bioscience | Cat#741587; RRID: AB_2871000 |
| Anti-CD64-PerCP-Cy5.5 | BioLegend | Cat#139308; RRID: AB_2561963 |
| Anti-F4/80-BV605 | BioLegend | Cat#123133; RRID: AB_2562305 |
| Anti-Siglec H-PE | BioLegend | Cat#129606; RRID: AB_2189147 |
| Anti-MERTK-BV711 | BioLegend | Cat#151515; RRID: AB_2876505 |
| Anti-CD206-PE-Dazzle594 | BioLegend | Cat#141732; RRID: AB_2565932 |
| Anti-CD4-BUV395 | BD Bioscience | Cat#563790; RRID: AB_2738426 |
| Anti-CD44-BUV615 | BD Bioscience | Cat#751414; RRID: AB_2875413 |
| Anti-CD11c-BUV737 | BD Bioscience | Cat#749039; RRID: AB_2873433 |
| Anti-CD8-Pacific blue | Invitrogen | Cat#MCD0828TR; RRID: AB_2539693 |
| Anti-CD19-BV480 | BD Bioscience | Cat#566107; RRID: AB_2739509 |
| Anti-IA/IE-BV650 | BD Bioscience | Cat#563415; RRID: AB_2738192 |
| Anti-CD62L-BV785 | BioLegend | Cat#104441; RRID: AB_2561537 |
| Anti-Thy1.2-FITC | BioLegend | Cat#328107; RRID: AB_893438 |
| Anti-Ly6C-PerCP-Cy5.5 | BD Bioscience | Cat#560525; RRID: AB_1727558 |
| Anti-CD24-PE | BioLegend | Cat#138503; RRID: AB_10576359 |
| Anti-TCRgd-PE-Cy5 | eBioscience | Cat#15-5711-82; RRID: AB_468804 |
| Anti-CD64-APC | BioLegend | Cat#139306; RRID: AB_11219391 |
| Guinea pig-anti PSD-95 | Synaptic Systems | Cat#124014; RRID: AB_2619800 |
| Mouse-anti gephyrin | Synaptic Systems | Cat#147011; RRID: AB_887717 |
| Guinea pig-anti VGAT | Synaptic Systems | Cat#1351004; RRID: AB_887873 |
| Mouse-anti vGluT1 | Synaptic Systems | Cat#135011; RRID:AB_2617087 |
| Rabbit-anti-β-actin | Cell signaling Technology | Cat#8457: RRID: AB_10950489 |
| Rabbit-anti-GluN1 | Alomone Labs | Cat#AGC001; RRID:AB_2756610 |
| Rabbit-anti-GABA A receptor alpha1 | Alomone Labs | Cat#AGA001; RRID: AB_2756618 |
| Mouse-anti-GAPDH | ThermoFisher | MA5-15738; RRID: AB_2537652 |
| Rat-anti-α-tubulin | Abcam | Cat#ab6160; RRID: AB_305328 |
| Rabbit-anti-GFAP | Sigma | Cat#SAB5600060 |
| Rabbit-anti-Connexin-43 | Abcam | Cat#ab11370; RRID: AB_297976 |
| Mouse-anti-c-fos | Abcam | Cat#ab208942; RRID: AB_2747772 |
| Rabbit-anti-H3K9me3 | Abcam | Cat#ab8898; RRID: AB_306848 |
| Bacterial and virus strains | ||
| AAV1-CMV-EGFP | Vectorbiolab | Cat#AAV-7002 |
| AAV1-CMV-VEGF-C | Vectorbiolab | Cat#AAV-275994 |
| AAV9-GAD67-InhiPre | Lee et al.47 | N/A |
| AAV9-VEGFR3(Ig1-3)-Fc | Song et al.34 | N/A |
| AAV9-VEGFR3(Ig4-7)-Fc | Song et al.34 | N/A |
| Chemicals, peptides, and recombinant proteins | ||
| 1200 mg/kg PLX5622-containing food chow | Plexxikon | Cat#D11100404I |
| Control food chow for PLX5622 treatment | Plexxikon | Cat#D10001i |
| Mouse recombininant IL-6 | R&D systems | Cat#40-6ML-200CF |
| Ovalbumin | Hooke Laboratories Inc. | Cat#DSD0142 |
| Soluble gp130-Fc | R&D systems | Cat#468-MG-100 |
| Sterile artificial CSF | Tocris | Cat#3525-25ML |
| Heparin sodium, porcine 1000 U/ml | Sagent Pharmaceutical | Cat#25021040030 |
| D-Sucrose | Fisher Bioreagent | Cat#BP22010 |
| Sodium chloride anhydrous | Sigma | Cat#746398 |
| Sodium bicarbonate | Sigma | Cat#S6297-250G |
| Potassium chloride | Sigma | Cat#P3911-500G |
| Sodium phosphate monobasic | Fisher Bioreagent | Cat#BP329-500 |
| Calcium chloride dihydrate | Sigma | Cat#C3881-500G |
| Magnesium sulfate | Sigma | Cat#M7506-500G |
| Magnesium chloride | Sigma | Cat#M0250-500G |
| Sodium pyruvate | Sigma | Cat#P2256-100G |
| D-(+)-glucose | Sigma | Cat#G7528-250G |
| Sodium L-ascorbic acid | Sigma | Cat#A4034-100G |
| Cesium chloride | Sigma | Cat#C3032-25G |
| Cesium methanesulfonate | Sigma | Cat#C1426-5G |
| Cesium hydroxide | Sigma | Cat#232041-10G |
| Ethylene glycol-bis(β-aminoethyl ether)-N,N,N’,N’,-tetraacetic acid | Sigma | Cat#E3889-25G |
| Tetraethylammonium chloride | Sigma | Cat#T2265-25G |
| HEPES | Sigma | Cat#H4034-100G |
| Adenosine 5’-triphosphate magnesium salt | Sigma | Cat#A9187-5x1G |
| Guanosine 5’-triphosphate sodium salt hydrate | Sigma | Cat#G8877-100MG |
| Qx-314-Cl | Tocris | Cat#231350 |
| Potassium D-gluconate | Sigma | Cat#4500-100G |
| Phosphocreatine disodium salt hydrate | Sigma | Cat#P7936-5G |
| Tetrodotoxin | Cayman | Cat#14964 |
| D-APV | Tocris | Cat#HB0225 |
| NBQX | Tocris | Cat#0373-50MG |
| Picrotoxin | Abcam | Cat#Ab120315 |
| Borosilicate glass capillary | Harvard Apparatus | Cat#23-30-0065 |
| 4’,6-diamidino-2-phenylindole | Sigma | Cat#D9542 |
| TrueBlack® Lipofuscin autofluorescence quencher | Biotium | Cat#23007 |
| Tissue-Plus™ O.C.T. Compound | Fisher Healthcare | Cat#23-730-571 |
| n-Propyl gallate | Sigma | Cat#P3130-100G |
| Ethylenediaminetetraacetic acid | Amresco | Cat#E177-500ML |
| Fetal Bovine Serum | Gibco | Cat#26140079 |
| Collagenase VIII | Sigma | Cat#C2139 |
| DNase I | Sigma | Cat#EN0521 |
| RPMI 1640 medium | Gibco | Cat#11-879-020 |
| Percoll® | Sigma | Cat#17-0891-01 |
| Bovine Serum Albumin | Sigma | Cat#A1470 |
| Trizol™ LS Reagent | Invitrogen | Cat#10-296-010 |
| 2.3-mm diameter ZIRCONA/SIL beads | Biospec | Cat#11079125Z |
| Chloroform | Sigma | Cat#496189-1L |
| Isopropyl ethanol | VWR | Cat#EMD-PX1835-7 |
| Complete™, mini, EDTA-free protease inhibitor cocktail | Roche | Cat#04693159001 |
| Phosphatase inhibitor | Thermo Scientific | Cat#PIA32961 |
| Critical commercial assays | ||
| Osmotic pumps for 2 weeks (0.25 μL/hour infusion) | RWD Life Science | Cat#1002W |
| Osmotic pumps for 4 weeks (0.11 μL/hour infusion) | RWD Life Science | Cat#1004W |
| Brain infusion kit for osmotic pumps | RWD Life Science | Cat#Bic-3 |
| CD11b microbead ultrapure, mouse | Miltenyi Biotech | Cat#130-126-725 |
| CD45 microbead ultrapure, mouse | Miltenyi Biotech | Cat#130-052-301 |
| FISO transducer | Harvard Apparatus | Cat#75-0706 |
| Chromium Next GEM Single cell 3’ kit v3.1 | 10x Genomics | Cat#PN-1000268 |
| Chromium Next GEM Chip G Single cell 3’ kit | 10x Genomics | Cat#PN-1000120 |
| Dual index kit TT set A | 10x Genomics | Cat#PN-1000215 |
| IScriptTM cDNA synthesis kit | Biorad | Cat#1708890 |
| iTaq Universal SYBR Green Supermix | Biorad | Cat#1725121 |
| Zombie NIR Fixable viability kit | BioLegend | Cat#423106 |
| Deposited data | ||
| Fastq files and quantified gene counts for single cell sequencing | Gene Expression Omnibus (GEO) | GSE270428; GSE285073 |
| Experimental models: Organisms/strains | ||
| C57BL/6J | The Jackson Laboratory | Cat#000664; RRID:ISMR_JAX:000664 |
| Pvalb-tdTomato | The Jackson Laboratory | Cat#027395; RRID:ISMR_JAX:027395 |
| Il6 KO | The Jackson Laboratory | Cat#002650; RRID:ISMR_JAX:002650 |
| Rag2 KO | The Jackson Laboratory | Cat#008449; RRID:ISMR_JAX:008449 |
| C57BL/6N | Charles River Laboratory | RRID:ISMR_CRL:027 |
| Csf1rΔFIRE/ΔFIRE | Rojo et al.43 | N/A |
| Il6rafl/fl; Syn1-Cre | The Jackson Laboratory | Cat#012944; RRID:ISMR_JAX:012944 |
| Oligonucleotides | ||
| Il1a-Fwd: AAGACAAGCCTGTGTTGCTGAAGG | Gustin et al.78 | N/A |
| Il1a-Rev: TCCCAGAAGAAAATGAGGTCGGTC | Gustin et al.78 | N/A |
| Il1b-Fwd: GCTTCAGGCAGGCAGTATC | Gustin et al.78 | N/A |
| Il1b-Rev: AGGATGGGCTCTTCTTCAAAG | Gustin et al.78 | N/A |
| Il2-Fwd: CGCAGAGGTCCAAGTTCATC | Kojima et al.79 | N/A |
| Il2-Rev: AACTCCCCAGGATGCTCAC | Kojima et al.79 | N/A |
| Il4-Fwd: CGAGCTCACTCTCTGTGGTG | Kwon et al.80 | N/A |
| Il4-Rev: TGAACGAGGTCACAGGAGAA | Kwon et al.80 | N/A |
| Il6-Fwd: ACCGCTATGAAGTTCCTCTC | Gustin et al.78 | N/A |
| Il6-Rev: CTCTGTGAAGTCTCCTCTCC | Gustin et al.78 | N/A |
| Il10-Fwd: ATTTGAATTCCCTGGGTGAGAAG | Yee et al.81 | N/A |
| Il10-Rev: CACAGGGGAGAAATCGATGACA | Yee et al.81 | N/A |
| Ifng-Fwd: TGAGCTCATTGAATGCTTGG | de Jager et al.82 | N/A |
| Ifng-Rev: ACAGCAAGGCGAAAAAGGAT | de Jager et al.82 | N/A |
| Il17a-Fwd: GCTCCAGAAGGCCCTCAGA | Ebbinghaus et al.83 | N/A |
| Il17a-Rev: AGCTTTCCCTCCGCATTGA | Ebbinghaus et al.83 | N/A |
| Tnfa-Fwd: GGTTCTGTCCCTTTCACTCAC | Gustin et al.78 | N/A |
| Tnfa-Rev: TGCCTCTTCTGCCAGTTCC | Gustin et al.78 | N/A |
| Gapdh-Fwd: TGGCCTTCCGTGTTCCTAC | Liu et al.84 | N/A |
| Gapdh-Rev: GAGTTGCTGTTGAAGTCGCA | Liu et al.84 | N/A |
| Software and algorithms | ||
| Clampex 11.2 | Molecular Devices | https://www.moleculardevices.com/ |
| Clampfit 11.2.1 | Molecular Devices | https://www.moleculardevices.com/ |
| Ethovision XT15 | Noldus | https://www.noldus.com/ethovision-xt |
| ImageJ 1.53q | National Institute of Health | https://imagej.nih.gov/ij/ |
| Imaris v.9.9.1 | Oxford Instruments | https://imaris.oxinst.com/ |
| FISO Evolution software v2.2.0.0 | Harvard Apparatus | https://fiso-evolution.software.informer.com/ |
| Proteome Discoverer 2.1.0.81 | Thermo-Fisher Scientific | https://www.thermofisher.com/us/en/home/industrial/mass-spectrometry/liquid-chromatography-mass-spectrometry-lc-ms/lc-ms-software/multi-omics-data-analysis/proteome-discoverer-software.html |
| Skykine | MacCoss lab software | https://skyline.ms/project/home/software/Skyline/begin.view |
| R Studio v.4.4 | Posit software | https://rstudio.com/ |
| MATLAB | Mathwork | https://www.mathworks.com/products/matlab.html |
| FlowJo v10.8.1 | BD Bioscience | https://www.flowjo.com/ |
| Prism 9.4.0 | GraphPad | https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/ |
Experimental model and study participant details
实验模型与研究参与者详情
C57BL/6J(资源编号:IMSR_JAX:000664)、Pvalb-tdtomato(资源编号:IMSR_JAX:027395)、Il6 KO(资源编号:IMSR_JAX:002650)和 Rag2 KO(资源编号:ISMR_JAX:008449)小鼠购自杰克逊实验室并自行繁育,C57BL/6N(资源编号:IMSR_CRL:027)小鼠由美国国立卫生研究院/国家老龄化研究所提供(老年鼠)。实验采用特定周龄的雄性小鼠。为比较 20∼24 月龄小鼠的电生理表型,从查尔斯河公司获取同源 2 月龄 C57BL/6NCrl 小鼠。老年鼠与青年鼠垫料每周混合两次。Csf1r ΔFIRE/ΔFIRE 小鼠由 Clare Pridans 博士和 Mattew Blurton Jones 慷慨馈赠。Il6ra fl/fl ;Syn1-Cre+/-小鼠由 Marco Colonna 博士惠赠。采用含 1200 ppm PLX5622(plexxikon 公司,货号 D11100404i)的 AIN-76A 饲料替代标准饲料以清除小胶质细胞,对照组饲喂普通 AIN-76A(货号 D10001i)饲料。将接受不同手术(如假手术与 dCLN 结扎术)的五只小鼠混养于同一笼内,并以耳标区分左右侧。除老年与青年组比较外,所有实验均采用盲法进行。 所有动物均自由摄食,饲养于 12 小时光照/黑暗循环条件下(早 6 点至晚 6 点),温湿度受控环境。所有实验均经圣路易斯华盛顿大学机构动物护理与使用委员会批准。
Method details 方法详情
AAV vector production 腺相关病毒载体生产
AAV-InhiPre 质粒由韩国科学技术院(KAIST)的 Won-suk Chung 博士惠赠。AAV 病毒制备流程如下:包装细胞系 HEK293 培养于含 5%胎牛血清(FBS)、100 单位/ml 青霉素、100 μg/ml 链霉素的杜氏改良 Eagle 培养基(DMEM)中,置于 37℃、5% CO₂培养箱。转染前 24 小时以 30-40%密度接种于 CellSTACS 培养皿(康宁公司,Tewksbury, MA),转染时细胞密度达 70-80%。采用聚乙烯亚胺(PEI)法转染 960 μg 总 DNA(含 286 μg pAAV2/9、448 μg pHelper、226 μg AAV 转移质粒)。转染后 37℃培养 3 天收集细胞,经三次冻融循环裂解细胞,裂解液用 25 U/ml Benzonase 于 37℃处理 30 分钟后,通过碘克沙醇梯度离心纯化。洗脱液用含 5%山梨醇的 PBS 洗涤 3 次,并使用 Vivaspin 20 100K 超滤管(赛多利斯,Bohemia, NY)浓缩。病毒滴度通过针对 ITR 序列的 qPCR 引物和标记探针进行定量。 86 AAV-VEGFR3(Ig1-3)-Fc 和 AAV-VEGFR3(Ig4-7)的构建方法如先前文献所述。 34 AAV1-CMV-mVEGF-C 及其对照载体 AAV1-CMV-eGFP 购自 Vectorbiolab 公司(Vectorbiolab 货号 AAV-275994、7002)。
Surgeries 手术
小鼠在每次手术前均通过腹腔注射 100 mg/kg 氯胺酮与 10 mg/kg 赛拉嗪生理盐水混合液进行麻醉。
深颈淋巴结(dCLN)与浅颈淋巴结(sCLN)结扎术按既往方法实施。 9 术区剃毛后用碘伏和 70%乙醇消毒,眼部滴注眼科溶液防止干燥。沿锁骨中线向上 5 mm 处作切口,牵开胸锁乳突肌后用镊子暴露 dCLN。使用 11-0 尼龙不可吸收单丝缝线,在 dCLN 上方 0.1 mm 和 0.5 mm 处对双侧引流淋巴管进行结扎。sCLN 结扎时,每侧需对 6∼8 条引流淋巴管实施结扎。假手术组除不实施结扎外,其余操作步骤相同。
在小脑延髓池注射操作中,先剃除并清洁小鼠后颈部毛发,将其固定于立体定位仪。切开皮肤后牵开颈部肌肉暴露延髓池,使用连接 33G 针头的汉密尔顿注射器以 1μL/min 速率注入 2μL(滴度 3E12 GC/ml)下列病毒:AAV9-VEGFR3(Ig1-3)-Fc、AAV9-VEGFR3(Ig4-7)-Fc、AAV1-CMV-mVEGF-C 及 AAV1-CMV-EGFP。注射完成后留置针头保持正压 2 分钟以防止回流。
注射 AAV-InhPre 病毒后,在以下坐标位置(以毫米为单位,距前囟点)植入渗透泵:前囟后(AP):+2.15,中线旁(ML):-0.3,颅骨下(DV):-1.75。剃除头部毛发的小鼠固定于立体定位仪(Kopf)上,使用 70%乙醇清洁头皮后切开皮肤。通过缓慢旋转的牙科钻头在颅骨适当位置钻取最小尺寸骨窗。AAV 注射采用玻璃毛细管(World Precision Instruments,504949),经拉制仪(RWD,MP-500)处理后截断,使用 Nanoliter 2020 微量注射系统(World Precision Instruments)装载 0.5 μL AAV-InhPre 病毒。将玻璃毛细管轻柔定位至目标脑区,以 0.1 μL/min 速率进行病毒注射。注射完成后保留毛细管原位 3 分钟以防止回流。对于假手术组/dCLN 结扎组/空白对照组小鼠的 mPFC 渗透泵植入,根据制造商说明书装载渗透泵(RWD,1004W 型用于 4 周持续灌注,流速 0.11 μL/小时;1002W 型用于 2 周灌注,流速 0.25 μL/小时)及配套脑部灌注套件(RWD,Bic-3)。 重组小鼠 gp130 Fc 嵌合蛋白(R&D systems,货号 468-MG-100)以 45 ng/μL 浓度溶解,卵清蛋白(Hooke Laboratories Inc,货号 DS0142)以 4 ng/μL 浓度溶解,重组小鼠 IL-6(R&D systems,货号 40-6ML-200CF)分别以 4 ng/μL、2 ng/μL、1 ng/μL 浓度溶解于无菌人工脑脊液(Tocris,货号 3525-25ML)中。将 100 μL 人工脑脊液或含重组蛋白的人工脑脊液注入渗透泵,Bic-3 套件/导管(2 cm)在连接两部分前进行反向填充。除头皮切口外,通过用无菌镊子拉伸背部皮肤与肌肉之间的间隙形成渗透泵置入腔。输液导管可拆卸顶部由固定器固定,导管尖端轻柔定位至颅骨钻孔顶部下方-2.25 mm 处(假设颅骨厚度为 0.5 mm)。同时将渗透泵缓慢置入背部皮下腔隙中。导管位置用牙科水泥固定,皮肤覆盖部分牙科水泥时避免造成皮肤过度牵张。
为采集脑脊液,使用带有细丝的硼硅酸盐玻璃毛细管(Sutter,BF100-50-10)经微电极拉制仪(Narishige,PC-100)拉制后抛光尖端。将锐化的玻璃毛细管用于穿刺固定在立体定位仪上的小鼠小脑延髓池。当玻璃毛细管内充满清澈透明的脑脊液(10∼12 μL)时,缓慢回撤毛细管,并将样本转移至低蛋白吸附离心管(Thermo Scientific,90410)中。脑脊液样本以 450 g 离心 5 分钟。
术后缝合切口,将小鼠置于加热垫上直至苏醒。手术结束后立即皮下注射 1.0 mg/kg 丁丙诺啡。
Intracranial pressure measurements
颅内压测量
麻醉状态下,将小鼠固定于立体定位仪,按前述方法暴露小脑延髓池,局部滴加 1-2 滴人工脑脊液(Harvard Apparatus 59-7316)。将充满人工脑脊液的玻璃微管中的光纤压力传感器(FISO 75-0706)定位在小脑延髓池膜外侧。完成外部人工脑脊液中的基准测量后,将微管推进至小脑延髓池内。使用 FISO Evolution 软件(v2.2.0.0 版)继续记录压力 60 秒。评估压力曲线是否通畅、稳定,以及是否存在心肺源性颅内压波形。
Electrophysiology 电生理学
假手术/dCLN 结扎手术及脑室内注射手术后 28∼35 天(4 周)/14∼20 天(2 周)/21∼27 天(3 周)的小鼠用于电生理学检测。电生理检测前,实验动物未接受其他任何处理。经异氟烷短暂麻醉后,用冰解剖缓冲液对小鼠进行心脏灌注。采用振动切片机(Leica VT1200S)在含(单位 mM)212 蔗糖、25 NaHCO₃、5 KCl、1.25 NaH₂PO₄、0.5 CaCl₂、3.5 MgSO₄、10 D-葡萄糖、1.25 L-抗坏血酸和 2 Na-丙酮酸的冰解剖缓冲液中制备包含前边缘皮层和下边缘皮层的冠状脑片以及矢状海马切片(厚度 300 μm)。切片在 32°C 的正常人工脑脊液(aCSF;成分 mM:125 NaCl、2.5 KCl、1.25 NaH₂PO₄、25 NaHCO₃、10 D-葡萄糖、2.5 CaCl₂和 1.3 MgCl₂)中恢复 20 分钟,室温再平衡 30 分钟。所有缓冲液在切片前及恢复期间持续通入 95% O₂/5% CO₂混合气。恢复完成后,将脑片转移至 28°C 恒温记录槽,持续灌注经 95% O₂/5% CO₂饱和的 aCSF(流速 2 ml/min)。 电生理参数测量自前边缘区和下边缘区第 II/III 层锥体细胞(膜电导高于 100 pF)。
全细胞膜片钳记录采用 MultiClamp 700B 放大器(Molecular Devices)和 Digidata 1550B 系统(Molecular Devices)。刺激电极与记录电极使用微电极拉制仪(Narishige,PC-100)从硼硅酸盐玻璃毛细管(Harvard Apparatus,23-30-0065)拉制而成。记录电极(阻抗 3.5-4.5 MΩ)内充液成分如下(单位 mM):mIPSC 记录液:115 CsCl2、10 EGTA、8 NaCl、10 TEA-Cl、10 HEPES、4 Mg-ATP、0.3 Na-GTP、5 Qx-314-Cl(Tocris 231350);mEPSC 记录液:117 CsMeSO4、10 EGTA、8 NaCl、10 TEA-Cl、10 HEPES、4 Mg-ATP、0.3 Na-GTP、5 Qx-314-Cl;sEIPSC 记录液:120 CsMeSO4、15 CsCl、0.25 EGTA、8 NaCl、10 TEA-Cl、10 HEPES、4 Mg-ATP、0.3 Na-GTP、5 Qx-314-Cl;兴奋性记录液:137 K-葡萄糖酸盐、5 KCl、10 HEPES、0.2 EGTA、10 Na2-磷酸肌酸、4 Mg-ATP、0.5 Na-GTP。使用 5M CsOH 调节 pH 至 7.3,渗透压调整为 285 mOsm。膜电位保持于-70 mV(mEPSC、mIPSC、sEPSC 及诱发 EPSC 记录)和 0 mV(sIPSC 及诱发 IPSC 记录)。电压钳制后静置 5 分钟开始记录。 在锥体细胞记录中,选用膜电容高于 100 pF 的细胞。经过 5 分钟适应期后,分别记录 2 分钟的 mEPSC、mIPSC、sEPSC 和 sIPSC。选取基线变化小于 20 pA 的首个记录作为该细胞的代表值。完成 sEPSC 记录后,将钳制电位调整为 0 mV 并适应至少 1 分钟。仅采用接入电阻(Ra)始终低于 20 MΩ的细胞。为比较 GABA 介导的 IPSC 与 AMPA 介导的 EPSC,每 15 秒使用充满 aCSF 的额外电极刺激 I 层纤维。刺激隔离器(World Precision Instruments A365)连接刺激电极并产生最小电流。在连续记录 20 个 AMPA 介导的 EPSC 后,继续记录 20 个 GABA 介导的 IPSC。比较 IPSC 与 EPSC 的平均峰值振幅。Parvalbumin(+)中间神经元通过 Pvalb-tdtomato 荧光标记确定。电流钳记录时,细胞破膜后在电压钳模式下稳定 5 分钟,同时监测 Ra 值。 随后进行 1-2 分钟的额外适应期,测量静息膜电位。通过适当电流注入将膜电位调整至-70 mV。依次测量膜输入阻抗、基强度电流、阈值和持续放电活动:注入 1 秒 0∼-100 pA 的超极化阶梯电流(步长-25 pA)测量输入阻抗;注入 2 ms +10 pA 的去极化阶梯电流直至细胞出现放电活动(测量基强度电流和阈值);注入 1 秒 0 pA∼+400 pA 的去极化阶梯电流(步长+20 pA)测量持续放电活动。仅选择测量后串联电阻 Ra < 20 MΩ的细胞进行分析。浴槽中应用以下药物:TTX(1 μM,Cayman 14964)、D-AP5(50 μM,Tocris HB0225)和 NBQX(10 μM,Tocris 0373-50MG)(用于 mIPSC 记录);TTX 和苦味毒(100 μM,Abcam ab120315)(用于 mEPSC 记录);D-AP5(用于 GABA/AMPA 比率记录);D-AP5、NBQX 和苦味毒(用于兴奋性测定)。测量自发性 EIPSC 时不添加额外阻断剂。数据采集使用 Clampex 11.2(Molecular Devices)。除特别注明外,药物均购自 Sigma 公司。
Behavior tests 行为学测试
在前期行为测试中,连续三天每天对小鼠进行至少 10 分钟的操作训练。所有实验均在暗周期(ZT 13~20)进行。适应阶段,小鼠需提前半小时被转移至暗室。适应室和实验室内持续播放 50 分贝白噪音。每轮实验前用 70%乙醇清洁行为装置并晾干至少 5 分钟。通过俯视摄像机记录动物行为。
Open-field test and Novel object recognition test
旷场实验与新物体识别测试
第一天,实验小鼠可在 35 厘米×35 厘米×40 厘米的方形箱中自由探索 1 小时(0 勒克斯)。第二天,在相同旷场箱内相距 20 厘米处放置两个相同物体(黑色尼龙圆柱体(半径 2 厘米×高 3 厘米)或银色钢制长方体(2 厘米×2 厘米×3 厘米))。小鼠自由探索物体 20 分钟(50 勒克斯)。24 小时后,将其中一个熟悉物体替换为相反物体并保持原位。小鼠探索物体 10 分钟(50 勒克斯)。
Water-Y maze 水迷宫实验
Y 型迷宫由三个呈 120°角的臂组成,采用 5 毫米厚的白色亚克力材料制成:每个臂长 350 毫米,宽 110 毫米,高 250 毫米。迷宫的三分之二区域浸没在直径 1 米的水槽中。使用白色颜料(Prang 22809)将水调至足够浑浊,实验全程水温维持在 19∼21°C。首次测试时,用与迷宫相同材质的挡板封闭其中一个臂(左或右),将小鼠置于起始臂。3 分钟后救起小鼠,在加热垫上恢复 2 分钟。恢复后将小鼠重新置于起始臂(无遮挡),让其自由游动探索整个迷宫 3 分钟。实验结束后,受试小鼠需在加热垫上静置 1 小时。
Elevated-Plus Maze Test 高架十字迷宫测试
十字迷宫由两个带有 20 厘米高围墙的封闭臂和两个由白色塑料制成的开放臂组成。迷宫臂距离地面 75 厘米。将小鼠置于迷宫中心,让其自由探索 8 分钟。
Three-chamber Test for social ability
三室社交能力测试
制作了由三个腔室组成的哑光白色亚克力装置(厚度 0.5 厘米):60(20×3)厘米×40 厘米×20 厘米。在远离实验者的两个顶点处,设置了视觉和触觉可感知的直径 10 厘米笼子。首次测试时将实验小鼠置于中央腔室,随后移除腔室间隔板。10 分钟后,将实验小鼠限制在中央腔室,同时在两侧笼子中分别放置社交目标物和无生命物体。
Forced Swim Test 强迫游泳实验
将 4 升玻璃烧杯的三分之二注入自来水,并使用热水将水温调节至 19-21°C。实验小鼠被轻柔置于水面中央,确保头部不没入水中。顶部和侧面的摄像机记录小鼠行为。
Immunohistochemistry 免疫组织化学
心脏灌注 30 毫升含 5U/ml 肝素的 PBS 后,采集脑组织、硬脑膜及淋巴结,随后浸入 4%多聚甲醛/PBS 溶液中固定过夜。经 15%/30%蔗糖-PBS 梯度脱水(各过夜处理)后,将脑组织和淋巴结置于干冰预冷的 100%乙醇中快速冷冻,包埋于 OCT 包埋剂(赛默飞世尔科技),保存于-80℃待用。采用冰冻切片机(徕卡)制备 50μm 厚前额叶皮层切片,PBS 漂洗三次去除 OCT 包埋剂。硬脑膜经固定过夜后从头盖骨剥离,直接进行后续处理无需储存。组织样本于含 0.25% Triton X-100 的 PBS(PBST)中透化 30 分钟,5% BSA/PBST 封闭 30 分钟。将以下一抗与 DAPI(西格玛,D9542)按 1:500 比例混合于 5% BSA/PBST 中孵育过夜:GAD65/67(艾博抗,ab26116)、PV(西格玛,SAB4200545)、Alexa 647 标记的 NeuN(艾博抗,ab190565)、Iba1(艾博抗,ab5076)、CD68(艾博抗,ab53444)、eFluor 660 标记的 Lyve1(英杰生命技术,50-0443-82)及 CD31(默克密理博,Mab1398Z)。 用 PBST 洗涤三次后,在切片上滴加适当二抗(1:1000)孵育 1 小时。PBST 洗涤三次后,使用封片剂(5 mg/L 没食子酸丙酯,10 mM HCl pH 8.0 甘油溶液)将组织封固于载玻片。对于 CD68 和 InhiPre 成像,在滴加封片剂(Biotium #23007)前,按制造商方案进行脂褐素信号淬灭。切片采用共聚焦显微镜(Leica DMi8)和玻片扫描仪(Olympus VS200)进行成像。
Proteomics analysis 蛋白质组学分析
Peptide preparation 多肽制备
小鼠脑脊液样本(7-10 μL)经快速真空干燥后,用 30 μl SDS 缓冲液(4% wt/vol,100 mM Tris-HCl pH 8.0,0.2% DCA)溶解。蛋白质二硫键通过 100 mM DTT 在 95°C 加热 10 分钟进行还原。多肽制备采用改良的滤膜辅助样本处理方法(eFASP)(Erde 等人,PMID: 28188519)。样本与 200 μl 含 8 M 尿素和 0.2% DCA 的 100 mM Tris-HCL 缓冲液(pH 8.5,UA 缓冲液)混合后,转移至 30,000 分子量截留超滤装置(Millipore,货号 MRCF0R030)上室,14,000 rcf 离心 10 分钟。追加 200 μl UA 缓冲液后,14,000 rcf 离心 15-20 分钟。半胱氨酸残基烷基化使用 100 μl 含 50 mM 碘乙酰胺(Pierce,货号 A39271)的 UA 缓冲液处理,将该溶液加入超滤装置上室。
样品在室温避光条件下使用 Thermomixer(Eppendorf)以 550 rpm 转速涡旋 30 分钟。滤膜以 14,000 rcf 离心 15 分钟后弃去滤过液。未反应的碘乙酰胺通过两次连续添加 200 μl 含 8M 尿素和 0.2%DCA 的 100 mM Tris-HCl 缓冲液(pH 8.5)进行洗涤,每次添加缓冲液后以 14,000 rcf 离心 15-20 分钟。每次缓冲液置换-离心循环后均弃去滤过液。尿素缓冲液被置换为消化缓冲液(DB),即含 0.2%DCA 的 50 mM 碳酸氢铵缓冲液(pH 8)。向上层腔室分两次连续加入 DB(200 μL),每次添加后进行离心。将上层滤器转移至新收集管中,加入含 1 mAU LysC(和光纯药,货号 129-02541)的 100 μL DB,37℃孵育 2 小时。随后加入 1 μg 胰蛋白酶(Promega,货号 V5113),37℃过夜孵育。最后以 14,000 rcf 离心 15 分钟回收下层腔室中的多肽。 用 50 微升 100 mM ABC 缓冲液洗涤过滤器,并将洗涤液与肽段合并。通过乙酸乙酯萃取去除残留去污剂(Erde 等人, 87 PMID 28188519)。萃取后,肽段在 Speed-Vac 浓缩仪(赛默飞世尔科技,Savant DNA 120 Speedvac 浓缩仪)中干燥 15 分钟。干燥后的肽段溶于 1%(体积比)三氟乙酸(TFA),并如前述方法(Rappsilber 等人, 88 nprot.2007.261)使用 C18 stage tips 进行脱盐。肽段用 60 微升含 0.1%(体积比)甲酸(FA)的 60%(体积比)乙腈(MeCN)洗脱,并在 Speed-Vac(赛默飞世尔科技,型号 Savant DNA 120 浓缩仪)中干燥。将肽段溶于 20 微升含 1%(体积比)乙腈的水溶液中。取 10%等分试样使用 Pierce 定量荧光肽检测试剂盒(赛默飞世尔科技,货号 23290)进行定量。剩余肽段转移至自动进样瓶(Sun-Sri,货号 200046),干燥后于-80°C 保存。
UPLC-Orbitrap mass spectrometry for proteomics
蛋白质组学的 UPLC-Orbitrap 质谱分析
采用超高效 HPLC Orbitrap 质谱系统(PMID 22021278) 89 对多肽进行分析,具体参数如下:将 1%(体积比)甲酸溶液中的样品以 2.5μl 进样量加载至 75μm 内径×50cm 的 Acclaim® PepMap 100 C18 RSLC 色谱柱(赛默飞世尔科技),在 EASY nanoLC 系统(赛默飞世尔科技)上以 700 bar 恒压、100%A 相(0.1%甲酸)条件运行。进样前色谱柱以 700 bar 压力用 11μl 100%A 相平衡。多肽分离梯度程序为:初始 5 分钟流动相 A(1%甲酸)含 2%B 相(100%乙腈,1%甲酸),100 分钟内升至 20%B 相,20 分钟内升至 32%B 相,1 分钟内升至 95%B 相并保持 19 分钟,流速 250 nl/min。采用数据依赖性采集(DDA)模式,Orbitrap 质量分析器全扫描范围 m/z=350-1800,分辨率设为 70,000。进行 10 次数据依赖的高能碰撞解离,分辨率设为 17,500,固定最低 m/z 值 100,隔离宽度 2 Da,归一化碰撞能量设置为 27。 母离子分析和子离子分析的最大注入时间均为 60 毫秒。选择用于 MS/MS 的目标离子动态排除时间为 20 秒。自动增益控制(AGC)设定值为:全扫描模式 1e6 个离子,MS2 模式 1e5 个离子。电荷态未分配、+1 价或≥+7 价的肽离子均不进行 HCD 采集。使用 Proteome Discoverer 软件(版本 2.1.0.81,赛默飞世尔科技)将质谱原始数据转换为峰列表。通过 Mascot 搜索引擎分析电荷数≥2 的 MS/MS 谱图。 90 Mascot 检索参数设置为:使用定制的非冗余小鼠 UniProt 蛋白质数据库(2021 年 3 月版,共 16,997 条条目),消化酶设为胰蛋白酶(最大允许 4 个漏切位点),碎片离子质量容差 0.02 Da,母离子质量容差 20 ppm。在 Mascot 中将半胱氨酸氨基甲酰化设为固定修饰。 指定天冬酰胺的脱酰胺化、谷氨酰胺的脱酰胺化、N 端谷氨酰胺形成焦谷氨酸、蛋白质 N 端的乙酰化以及甲硫氨酸的氧化为可变修饰。通过反向蛋白质序列数据库检索,以 1%的错误发现率(FDR)对肽段和蛋白质进行过滤。考虑到破裂的小脑延髓池膜可能存在的污染,含有超过 10%角蛋白肽段的样本被弃用。
LC/MS analysis of CSF metabolites and lipids
脑脊液代谢物和脂质的 LC/MS 分析
采用 Thermo Scientific Vanquish Flex 超高效液相色谱系统与 Thermo Scientific Orbitrap ID-X 质谱仪联用进行超高效液相色谱-质谱联用(UHPLC/MS)分析。极性代谢物分离使用 HILICON iHILIC-(P) Classic 亲水相互作用色谱柱(100×2.1 mm,5 μm)及配套保护柱(20×2.1 mm,5 μm)。流动相组成:溶剂 A=20 mM 碳酸氢铵、2.5 μM 亚甲基二膦酸、0.1%氢氧化铵的 95:5 水:乙腈溶液;溶剂 B=95:5 乙腈:水溶液。柱温箱温度保持 45°C,以 250 μL/min 流速进行线性梯度洗脱:0-1 分钟 90%B;12 分钟 35%B;12.5-14.5 分钟 25%B;15 分钟恢复至 90%B。脂质分离采用 Acquity Premier HSS T3 色谱柱(2.1×100 mm,1.8μm),流动相组成:溶剂 A=10 mM 甲酸铵、5 μM 亚甲基二膦酸的 5:3:1 水:乙腈:异丙醇溶液;溶剂 B=10 mM 甲酸铵的 1:9:90 水:乙腈:异丙醇溶液。 色谱柱温维持在 55°C,脂质组分采用 400 μL/min 流速的线性梯度洗脱程序:0 分钟时 15%B;2.5 分钟时 50%B;2.6 分钟时 57%B;9 分钟时 70%B;9.1 分钟时 93%B;11 分钟时 96%B;11.1 分钟时 100%B;11.1-12 分钟保持 100%B;12.2 分钟时 15%B;12.2-16 分钟保持 15%B。数据采集采用正负离子模式,后续使用 Skyline 91 软件对 LC/MS 数据进行处理分析。
Microglia purification
Single-cell RNA sequencing
RNA purification and qPCR
Flow cytometry
Postsynaptic density preparation and Immunoblot analysis
Quantification and statistical analysis
Intracranial Pressure Analysis
Electrophysiology Analysis
Animal Behavior Analysis
Immunohistochemistry Analysis
Flow Cytometry Analysis
Single-cell Data Analysis
Geneset Ontology analysis
Statistics
Supplemental information
Table S1. Detailed statistical information, related to Figures 1, 2, 3, 4, 5, and S1–S6.
Table S2. Chemical species in the CSF, related to Figure 2.
Data S1. Raw western blot images of excitatory and inhibitory synapse representative molecules, related to STAR Methods.
Data S2. Raw western blot images of synaptosome quality controls, related to STAR Methods.
References
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- 3Anatomy and function of the vertebral column lymphatic network in miceNat. Commun., 10 (2019), Article 4594, 10.1038/s41467-019-12568-w
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Life without microglia
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