单细胞技术揭示IL-10防止外周内毒素刺激的小胶质细胞过度激活

小胶质细胞是脑实质中驻留的巨噬细胞，在中枢神经系统(CNS)发育、内稳态和疾病中起着关键作用。不同的大脑病理似乎与离散的小胶质细胞激活模块有关。小胶质细胞是如何在挑战之后恢复平静的，目前还知之甚少。

白细胞介素10(IL-10)，也称为细胞因子合成抑制因子(CSIF)，是一种多效性细胞因子， IL-10具有双向免疫调节作用，不仅影响免疫系统，而且可以通过调节生长因子、细胞因子影响许多病理生理过程，包括血管生成、肿瘤形成和感染，还能通过诱导调节性T细胞在外周耐受中建立作用。利用单细胞技术，探究IL-10在防止外周内毒素刺激的小胶质细胞过度激活作用，对研究小胶质细胞过度激活会导致致命性疾病和神经元损伤具有重要意义。

作者构建IL-10受体缺陷模型小鼠，并注射LPS(脂多糖)刺激，进行小胶质细胞转录组(RNA seq)测序，探究小胶质细胞的反应变化特征，并检测疾病行为和神经元功能。接下来，作者利用单细胞转录组测序(sc-RNA seq)技术，进一步确定了小鼠脑内IL-10来源。

文章研究思路如下：

为了研究IL-10对小胶质细胞稳态和功能的潜在作用，我们培育了Cx3cr1^creER：Il10ra^fl/fl小鼠，其中他莫昔芬(TAM)治疗导致长期存活的CX3cr1+巨噬细胞IL-10受体缺陷。在TAM治疗6周后，缺陷小鼠的Il10ra基因有效缺失。转录组测序发现IL-10R缺陷的Cx3cr1^creER：Il10ra^fl/fl小鼠的小胶质细胞与Il10ra^fl/fl对照小胶质细胞相比，除了靶基因Il10ra和CX3cr1外，没有明显的差异表达基因(DEG)，这是由于creER转基因插入导致的杂合性。

为了明确其在抑制外周LPS(脂多糖)刺激诱导的细胞因子脉冲反应中的作用，我们比较了TAM处理的缺陷小鼠和对照小鼠腹腔注射LPS后6、24和48h的小胶质细胞。主成分分析(PCA)显示对照小胶质细胞表现出短暂的反应，但在48h时大部分恢复到稳态转录组构型，在6h时缺陷小鼠小胶质细胞也有同样的反应，但后续未能恢复其基态。

为了探讨IL-10R缺乏相关的小胶质细胞过度激活的影响，发现缺陷小鼠和对照组在LPS注射之前，表现出相似的活动。注射后均表现出运动能力受损，然而对照组在4天后几乎恢复到基线水平，而缺陷小鼠未能恢复至死亡。相对应的缺陷小鼠比对照组消耗更少的食物。

系统性内毒素刺激被证明会暂时损害海马神经元对重复突触刺激的反应，即长时程增强(LTP)。在外周LPS刺激后12h和24h检测LTP，在LPS攻击前，对照组和缺陷小鼠神经元显示出相似的LTP，然而在12h，缺陷小鼠表现出比对照组更大的LTP，在24h，缺陷小鼠LTP损伤持续存在，而对照组小鼠LTP损伤明显恢复。

为了揭示一种潜在的造血IL-10来源，在PBS(对照)或LPS注射后12h，进行scRNA-seq分析。在LPS注射组主要在表达Klrb1c的NK细胞亚群和中性粒细胞中产生IL-10。对淋巴细胞进行二次聚类发现淋巴样细胞来源的IL-10主要在NK细胞亚群中检测到，该细胞亚群表达编码NK激活标记Ly49D的Klra4，称为NK2，在LPS注射后增加。为了证实外周LPS刺激后NK细胞和中性粒细胞表达IL-10，从野生型小鼠的脑(和硬脑膜)中分离了这两个细胞群、单核细胞和小胶质细胞。NK细胞和中性粒细胞表达IL-10。

本文探讨了白细胞介素-10(IL-10)在外周内毒素刺激后恢复小胶质细胞稳态中的作用。发现了IL-10受体缺陷的小胶质细胞在脂多糖(LPS)刺激的小鼠表现出神经元损伤并死于致命性疾病。单细胞转录组分析显示，中枢神经系统中有多种产生IL-10的免疫细胞，其中以Ly49D+ NK细胞和中性粒细胞最为突出，但不存在小胶质细胞。

Anat S, Isabelle S, Gal R F, et al. Interleukin-10 Prevents Pathological Microglia Hyperactivation following Peripheral Endotoxin Challenge. Immunity. 2020.