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为解决 SAE 发病机制不明及缺乏有效治疗靶点的问题，作者[第一作者单位] 研究人员开展 GDF15 对 SAE 影响的研究。结果发现靶向 GDF15 可改善脓毒症小鼠认知障碍，为 SAE 治疗提供新方向，值得科研读者一读。
在医学的神秘世界里，脓毒症（sepsis）一直是个令人头疼的 “大反派”。它就像一场身体内的 “风暴”，由感染引发的异常免疫反应，能让多个器官像多米诺骨牌一样接连 “倒下”，导致器官衰竭，严重威胁着人们的生命健康。更让人揪心的是，随着时间推移，脓毒症的发病率还在不断上升，可我们对它的发病机制却知之甚少，也缺乏有效的针对性治疗方法。
在脓毒症带来的众多 “麻烦” 中，脓毒症相关性脑病（Sepsis-associated encephalopathy，SAE）尤其引人关注。想象一下，患者明明没有直接的脑部感染，却出现了大脑功能紊乱，认知和记忆严重受损的情况，这就是 SAE 在作祟。在脓毒症患者里，高达 50% 的人会被 SAE “盯上”。它在急性期会让患者出现谵妄、躁动、幻觉等症状，严重时甚至陷入昏迷。而且，随着脓毒症患者死亡率的下降，认知后遗症的患病率却可能增加，给全球的医疗系统带来了沉重的负担。可遗憾的是，SAE 背后的发病机制就像一团迷雾，虽然知道神经炎症、血脑屏障功能障碍等因素可能参与其中，但具体情况仍不清楚，尤其是小胶质细胞（microglia，中枢神经系统中的固有免疫细胞，在大脑发育和内稳态维持中起着关键作用 ）的激活与 SAE 之间的关系，还亟待探索。
与此同时，生长分化因子 15（Growth differentiation factor 15，GDF15）这个 “神秘角色” 也引起了科学家们的注意。它在正常情况下，主要在胎盘和前列腺中 “默默工作”。但一旦身体出现炎症、肿瘤等疾病，它就会变得活跃起来，在组织和血液中的水平大幅上升。在脓毒症患者体内，GDF15 的水平也明显升高，还和器官衰竭、患者死亡率密切相关。在中枢神经系统中，GDF15 也有自己的 “戏份”，它由脉络丛分泌进入脑脊液，而且和老年人的认知能力下降有关。不过，GDF15 在 SAE 中到底扮演着什么角色，背后又有怎样的机制，这些问题都像谜团一样等待解开。
为了揭开这些谜团，来自 作者[第一作者单位] 的研究人员勇挑重担，他们通过一系列实验研究，得出了重要结论：GDF15 在脓毒症小鼠的大脑中表达升高，用抗 GDF15 抗体靶向治疗可以改善脓毒症引起的认知和记忆障碍，这主要是通过减少小胶质细胞的炎症反应和吞噬作用实现的。这一发现意义重大，为 SAE 的治疗提供了新的方向，让我们看到了战胜 SAE 的新希望。
研究人员为了开展这项研究，用到了几个关键的技术方法。首先是动物模型构建技术，他们给成年 C57BL/6J 小鼠腹腔注射脂多糖（LPS），成功打造出脓毒症小鼠模型。接着是蛋白和基因检测技术，像酶联免疫吸附测定（ELISA），可以精准测量血清、脑脊液中 GDF15 等蛋白的含量；蛋白质免疫印迹（WB）分析，用来检测大脑组织和细胞中相关蛋白的表达；RNA 测序（RNA-seq），帮助研究人员了解基因表达的变化情况。此外，还有行为学测试技术，比如用恐惧条件反射（FC）、新物体识别（NOR）和新位置识别（NLR）测试，来评估小鼠的认知和记忆功能。
下面我们来看看具体的研究结果：
GDF15 水平在脓毒症小鼠大脑中升高：研究人员通过测量脓毒症小鼠外周血、脑脊液和脑组织中的 GDF15 水平，发现脓毒症小鼠血清、脑脊液和脑组织中的 GDF15 水平都比正常小鼠高。这就像在脓毒症的 “战场” 上，GDF15 这个 “信号兵” 开始大量出现，暗示着它可能在脓毒症引起的脑损伤中发挥着重要作用。
抗 GDF15 mAb 缓解脓毒症小鼠认知和记忆障碍：为了搞清楚 GDF15 在脓毒症小鼠大脑中的作用，研究人员给小鼠脑室内注射了一种特殊的抗体 —— 抗 GDF15 单克隆抗体（ponsegromab），然后用 FC、NOR 和 NLR 等行为学测试来观察小鼠的认知和记忆能力变化。结果发现，脓毒症小鼠原本存在明显的学习和记忆功能障碍，而注射抗 GDF15 单克隆抗体后，这些症状得到了缓解，这说明 GDF15 在脓毒症引起的认知和记忆功能障碍中起着重要作用。
小胶质细胞是脓毒症小鼠脑组织中 GDF15 的主要来源：研究人员分析了成年野生型小鼠运动皮层细胞的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据，还分离了脓毒症小鼠大脑中的小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元进行检测。结果发现，在 LPS 刺激后，Gdf15 主要在小胶质细胞中表达。免疫荧光染色也显示，GDF15 和小胶质细胞在脓毒症小鼠的海马体中共同定位。此外，给多种小鼠细胞系施加 LPS 刺激后，只有 BV2 小胶质细胞系中的 Gdf15 mRNA 水平显著上调。这些证据都表明，脓毒症小鼠大脑中升高的 GDF15 主要来自被激活的小胶质细胞。
GDF15 在 LPS 刺激的小胶质细胞中由 NRF2 信号通路上调：LPS 是如何让小胶质细胞中的 GDF15 表达升高的呢？研究人员用抑制剂处理 BV2 细胞，发现抑制 Toll 样受体 4（TLR4）下游通路并没有影响 LPS 对 GDF15 的上调作用。后来他们发现，NRF2 信号通路可能参与其中。LPS 刺激后，BV2 细胞中的 Nrf2 mRNA 表达增加，用 NRF2 抑制剂 ML385 预处理或转染 Nrf2 特异性 siRNA 后，LPS 诱导的 GDF15 上调被抑制。这就表明，LPS 通过 NRF2 信号通路让小胶质细胞中的 GDF15 表达升高。
GDF15 沉默通过调节 NF-κB 信号通路减少 LPS 刺激的小胶质细胞中炎性细胞因子的产生：研究人员用 Gdf15 特异性 siRNA 沉默 BV2 细胞和原代小胶质细胞中的 GDF15，然后进行 RNA 测序。结果发现，GDF15 沉默后，许多促炎细胞因子基因的表达下降，像 Tnf、Il-1 和 Il-6 等。qPCR 和 ELISA 检测也证实，GDF15 沉默的 BV2 细胞和原代小胶质细胞中，相关炎性细胞因子的 mRNA 和蛋白水平都降低了。而且，用重组 GDF15 预处理 LPS 刺激的 BV2 细胞，会使促炎的 Il-6 基因表达上调。进一步研究发现，GDF15 沉默主要通过 NF-κB 信号通路调节小胶质细胞的炎症反应，并且 GDF15 对炎症因子介导的神经元损伤没有直接影响。
GDF15 沉默抑制体外小胶质细胞吞噬作用：对 GDF15 沉默的 BV2 细胞进行转录组分析，研究人员发现许多与小胶质细胞吞噬作用相关的基因表达发生了变化。用荧光乳胶珠进行吞噬实验也表明，LPS 刺激会增强 BV2 细胞和原代小胶质细胞的吞噬能力，而 GDF15 沉默会显著降低这种吞噬活性。这说明 GDF15 在调节小胶质细胞的激活和吞噬功能中起着关键作用。
抗 GDF15 mAb 减少脓毒症小鼠海马体中小胶质细胞吞噬介导的突触损失：之前研究发现，脓毒症时海马体中的小胶质细胞会被激活，吞噬 C1q 标记的突触，导致神经元损伤。研究人员给小鼠侧脑室注射抗 GDF15 单克隆抗体 ponsegromab 后发现，它可以减少小胶质细胞的激活和吞噬作用，还能改善脓毒症小鼠海马体中树突棘的丢失情况，使突触标记物 PSD95 和 Synapsin1 的水平恢复正常。这表明抗 GDF15 单克隆抗体可以减轻脓毒症引起的神经元损伤。
综合研究结论和讨论部分的内容，这项研究意义非凡。它首次发现脓毒症小鼠脑脊液中 GDF15 水平升高，并且证实了 GDF15 在 SAE 发病过程中起着关键作用。一方面，GDF15 由激活的小胶质细胞分泌，会加重小胶质细胞的激活和吞噬作用，导致突触损失和认知功能障碍；另一方面，用抗 GDF15 抗体阻断 GDF15 的作用，可以显著改善脓毒症引起的神经元和认知功能障碍。这不仅让我们对 SAE 的发病机制有了更深入的了解，还为 SAE 的治疗提供了一个极具潜力的新靶点 ——GDF15。未来，如果能进一步研究并开发出针对 GDF15 的有效治疗方法，或许就能为 SAE 患者带来新的希望，帮助他们摆脱疾病的困扰，重新恢复正常的生活。同时，研究还发现 GDF15 有可能作为 SAE 的生物标志物，不过这还需要更多的实验和临床研究来验证。相信在科研人员的不断努力下，我们对 SAE 的认识会越来越深入，战胜 SAE 的那一天也会越来越近。
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