牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）的外膜囊泡通过TGM2介导的线粒体相关内质网膜（mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes）机制引发神经炎症

摘要

背景

牙龈卟啉单胞菌（P.g）是一种关键的牙周病原体，与阿尔茨海默病（AD）有关。鉴于线粒体功能障碍是神经退行性疾病中的常见现象，线粒体相关的内质网（ER）膜（MAMs）在AD的病理过程中可能起着重要作用。本研究旨在探讨由P.g衍生的外膜囊泡（P.g-OMVs）对AD发病和进展中的神经炎症的影响，并阐明其潜在机制。

方法

八周大的雄性C57BL/6小鼠每周三次接受双侧牙龈注射P.g-OMVs（4×10⁸颗粒），持续8周，以评估认知障碍和神经炎症情况。通过RNA-seq技术鉴定脑组织中差异表达的基因（DEGs）和富集的信号通路。在体外实验中，HT22细胞被P.g-OMVs（5 µg/mL）处理，并量化了炎症细胞因子、转谷氨酰胺酶2（TGM2）和铁死亡标志物的表达。研究了TGM2调节的MAM形成和线粒体功能，包括线粒体Ca²⁺积累和膜电位，随后通过siRNA敲低TGM2进一步验证了这些现象。

结果

P.g-OMVs在小鼠中引发了显著的认知障碍和神经退行性变，表现为MWM测试中的逃避潜伏期延长（p < 0.001），以及β-淀粉样蛋白斑块和过度磷酸化的tau蛋白的积累。RNA-seq分析显示，差异表达基因主要富集在线粒体相关通路中，尤其是TGM2相关基因。在体外实验中，P.g-OMVs引发了炎症，表现为促炎细胞因子（IL-1β、IL-17等）水平升高和IL-10水平降低（p < 0.05），并导致TGM2表达上调（p < 0.05）。重要的是，线粒体和内质网的共定位表明P.g-OMVs促进了神经元中的MAM形成，伴随线粒体Ca²⁺水平和膜电位的异常。此外，观察到铁死亡标志物的表达变化，包括ACSL4水平升高（p < 0.01）和GPX4及xCT水平降低（p < 0.01）。敲低TGM2后，炎症、铁死亡、线粒体功能障碍和MAM形成均得到逆转。

结论

我们的研究结果表明，P.g-OMVs通过MAMs相关机制驱动神经炎症和神经元铁死亡。TGM2作为关键介质，促进MAM的形成和随后的线粒体功能障碍。这些发现提示TGM2可能是治疗与口腔病原体相关的神经炎症疾病的潜在靶点。