使用多发性硬化症（MS）动物模型，研究人员创建了一个四维脑图，揭示了与人类MS相似的病灶是如何形成的。这些发现提供了对早期疾病状态的了解，并可能有助于识别MS治疗和脑组织修复的潜在靶点。
使用多发性硬化症（MS）动物模型，美国国立卫生研究院（NIH）的研究人员创建了一个四维脑图，揭示了与人类MS相似的病灶是如何形成的。这些发现发表在Science期刊上，为早期疾病状态提供了窗口，并可能有助于识别MS治疗和脑组织修复的潜在靶点。
研究团队由博士后研究员林景平（Jing-Ping Lin, Ph.D.）和高级研究员丹尼尔·S·赖希（Daniel S. Reich, M.D., Ph.D.）领导，他们均在NIH的国家神经疾病与中风研究所（NINDS）工作。研究团队结合了重复的MRI成像与脑组织分析，包括基因表达，以跟踪MS样病灶的发生与发展。他们发现了一种新的MRI特征，可以在任何可见病灶出现前几周帮助检测出脑部受损风险区域。他们还根据观察到的神经功能、炎症、免疫和支持细胞反应、基因表达及损伤和修复水平的模式，确定了受影响脑组织内的“微环境”。
赖希博士表示：“识别炎症之后发生的早期事件，并搞清楚哪些是修复性的而哪些是有害的，可能帮助我们更早地识别MS的疾病活动，并开发治疗方法以减缓或停止其进展。”
MS是由身体的免疫系统攻击神经纤维的保护膜——髓鞘引起的。这导致炎症、髓鞘的丧失和在脑组织内形成“病灶”或“斑块”。大多数有关MS进展的知识来自于对去世后人类脑组织的分析，通常是在疾病初起几十年后获得的。这意味着错失了症状出现前发生的早期变化。
为了模拟人类大脑的条件，研究人员决定不使用小鼠模型，而是选择了一种使用绒毛猴（marmoset）的模型，这是一种非人类灵长类动物。与小鼠大脑相比，绒毛猴和人类大脑的白质（大脑的“电线”）与灰质（神经元细胞体）比率更高。绒毛猴模型产生的多个病灶与人类MS中看到的病灶非常相似，并且可以通过MRI成像实时追踪。由于这些病灶可以通过实验引发，该模型提供了对导致MS样脱髓鞘化的炎症和免疫反应最早阶段的观察。
研究识别出一个关键参与者——一种特定类型的星形胶质细胞（astrocyte），这种细胞是大脑中的一种支持细胞类型，它开启了一个叫做SERPINE1或纤溶酶原激活物抑制因子-1（PAI1）的基因。他们发现，在可见损伤发生之前，表达SERPINE1的星形胶质细胞在脆弱的脑边界累积，它们聚集在血管和充满液体的脑室附近，发出未来病灶发展区域的信号。这些星形胶质细胞似乎也影响了病灶区域附近其他细胞的行为，包括免疫细胞进入大脑的能力以及参与髓鞘修复的前体细胞。
鉴于表达SERPINE1的星形胶质细胞在不断增长的病灶边缘积累，这是损伤发生但愈合也开始的地方，它们在协调可能导致组织修复或进一步损伤的信号方面的潜在双重角色是一个意外的复杂情况，需要进一步研究。很可能，最早的反应可能是保护机制的一部分，但随着伤害的进展而被压倒。也有可能，相同的机制本身可能成为致病原因。
赖希博士说：“如果想象一座正在被围攻的堡垒，最初墙壁可能能够抵挡住攻击，但如果那些墙壁被攻破，内部的所有防御措施都可能反过来针对堡垒本身。”
这些发现可能对脑损伤有影响，超出了MS的范围。虽然存在不同类型的局灶性脑损伤，包括创伤性脑损伤、中风、炎症和感染，但组织对损伤的反应方式是有限的。实际上，这里观察到的对炎症、压力和组织损伤的反应在不同类型的损伤中可能是普遍存在的，而本研究创建的脑图可以作为一种资源，允许在更类似人类的背景下进行比较。
科学团队正在建立一种新的模型，以研究影响脑边界的不同自身免疫疾病。他们还希望扩展数据集，包括老年动物，这可能有助于改善对进行性MS的理解，这是一种具有显著且未满足治疗需求的疾病状态。
本研究部分得到了NIH内部研究项目的支持，并得到了米里亚姆和谢尔顿·G·阿德尔森医学研究基金会以及国家多发性硬化症协会的额外支持。
