تعديل غير جراحي لللمفاويات السحائية يحسن من الشيخوخة ومرض الزهايمر المرتبط بالمرض والإدراك في الفئران

النتائج

الضوء يعدل تصريف mLVs ويخفف من التدهور الإدراكي في الفئران المسنّة

تعديل الضوء يخفف من التدهور المعرفي والأضرار المرضية في الفئران المصابة بمرض الزهايمر

لاستكشاف تأثير تعديل mLVs بواسطة الضوء على قدرة التعلم والذاكرة لدى الفئران المصابة بمرض الزهايمر، قمنا أيضًا بإجراء علاج بالضوء وأجرينا اختبارات OF و NOL و NOR على فئران 5xFAD (6 أشهر، ذكور) و APPswe/PS1. فئران (APP/PS1) (11 شهرًا، ذكر) (الشكل 2أ). في اختبار OF، لم يكن هناك فرق ملحوظ في المسافة الإجمالية المقطوعة، أو السرعة المتوسطة، أو الوقت في المركز بين المجموعات، مما يشير إلى أن الفئران لم تعاني من أي عجز حركي بعد العلاج بالضوء (الشكل التوضيحي 2أ-د والشكل التوضيحي 3أ-د). كما هو متوقع، أظهرت فئران AD المعالجة بالضوء استعادة في الإدراك في الاختبارات السلوكية (5xFAD + ضوء: مقابل 5xFAD: في اختبار NOR؛ APP/PS1 + ضوء: مقابل APP/PS1: في اختبار NOR). ومع ذلك، لم يكن هناك زيادة ملحوظة في الأداء المعرفي في الفئران من النوع البري (WT) المعالجة بالضوء (WT + ضوء: ضد WT: في اختبار NOR) (الشكل 2ب، هـ، الشكل التكميلية 2هـ-ك والشكل التكميلية 3هـ-ز). بشكل عام، أدى الضوء أيضًا إلى تعديل مميز في التعلم والذاكرة المكانية في فئران 5xFAD وAPP/PS1، بينما لم يحدث ذلك في الفئران WT. للتحقيق بشكل أكبر في فائدة الضوء على التعلم والذاكرة على المدى الطويل لفئران AD، تم إجراء اختبار متاهة مورس المائية (MWM). مقارنةً بفئران AD غير المعالجة، قلل العلاج بالضوء من زمن الانتظار للعثور على المنصة في تجارب الاكتساب (5xFAD + ضوء مقابل 5xFAD، ; APP/PS1 + ضوء مقابل APP/PS1، ) وزيادة الزيارات إلى موقع المنصة والزيارات إلى الربع المستهدف في اختبار الاستكشاف، دون أي تأثير على سرعة السباحة. ومع ذلك، لم يؤدِ الضوء إلى أي تعديلات في مؤشرات السلوك في الفئران من النوع البري المتطابقة في العمر (WT + ضوء مقابل WT، ) (الشكل 2ج، د، و، ز، الشكل التوضيحي 2ل-ع والشكل التوضيحي أظهرت هذه النتائج أن الضوء يمكن أن يحسن العيوب في التعلم المكاني والذاكرة لدى الفئران المصابة بمرض الزهايمر، ولكن ليس لدى الفئران السليمة.
تعتبر التراكم، الالتهاب العصبي، والأضرار العصبية من الميزات المرضية لمرض الزهايمر. “تم تقييم ترسبات الالتهاب في الحُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُُ وبروتين Iba1 (بروتين ربط الكالسيوم المؤين 1، علامة الخلايا الدبقية). أظهرت النتائج أن تفاقم الدماغ A حدث العبء في HPC و PFC من فئران 5xFAD، والذي تم تخفيفه بشكل ملحوظ في فئران 5xFAD المعالجة بالضوء إلى مستوى مشابه لأقران WT. بالإضافة إلى ذلك، تم ملاحظة تجمع بارز للخلايا الدبقية الصغيرة إلى وتفعيل مع تقليل

لإجراء مزيد من الفحص لحماية الأعصاب الناتجة عن تعديل mLVs بواسطة الضوء في الفئران المصابة بمرض الزهايمر، تم إجراء تحليلات مناعية نسيجية باستخدام صبغة NeuN (علامة عصبية) و synaptophysin (Syn) وبروتين الأنابيب الدقيقة المرتبط بالبروتين 2 (MAP2). يعتبر synaptophysin جزءًا أساسيًا

بروتين غشائي موضعي في الحويصلات ما قبل المشبك يشارك في نقل الناقلات العصبية، وMAP2 هو المنظم الهيكلي الخلوي السائد داخل الشجيرات العصبية. مقارنةً بأقرانهم من النوع البري، تم تقليل خلايا العصبونات وSyn في HPC وPFC لفئران 5xFAD بشكل كبير واستعادتها بواسطة العلاج بالضوء إلى مستويات مشابهة لتلك الموجودة في الأقران WT، مما يشير إلى استعادة كبيرة للعصبونات.
الخلايا. في الوقت نفسه، MAP2 أظهر تعبير الشجيرات زيادة طفيفة في مجموعة العلاج بالضوء. ومن المثير للاهتمام أن شكل الشجيرات أظهر توزيعًا غير منظم في قشرة الحُصين (HPC) والقشرة الجبهية (PFC) لفئران 5xFAD، وقد عزز الضوء إعادة ترتيب أكثر انتظامًا (الشكل 2n-q والشكل التكميلية). ). وبالمثل، فإن العلاج بالضوء قلل أيضًا تراكم وتنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة، بالإضافة إلى تلف الخلايا العصبية و

تعديل على هيكل بواسطة الضوء يعزز تصريف

تعزيز تصريف المLVs مطلوب لتحسين الإدراك بواسطة الضوء

الشكل 3 | تأثيرات تحسين الضوء على وظيفة التصريف والتغيرات الهيكلية في المLVs في فئران 5xFAD. أ قياس شدة الفلورسنت لـ OVA-ICG في sCLNs بعد الحقن (i.c.m.). فئران في كل مجموعة. صور تمثيلية لقسم من dCLNs المتراكمة بـ OVA-A647 والمصبوغة بـ LYVE-1 و DAPI (من 2 تكرارات). شريط القياس تحديد توزيع الفلورسنت لـ OVA-A647 في مقاطع dCLN. فئران في كل مجموعة. ممثل

تتم إدارة التوازن الميتوكوندري والوظائف الخلوية لخلايا بطانة اللمف السحائي (mLECs) بواسطة الضوء

الشكل 4 | تأثيرات الضوء على الإدراك وتصريف اللمف في المLVs-

الشكل 5 | تأثيرات تحسين الضوء على البنية المجهرية والتعبير الجيني لـ mLVs في فئران 5xFAD. أ صور تمثيلية لميكروسكوب الإلكترون الناقل (TEM) لترتيب mLEC وشكل الميتوكوندريا (رؤوس الأسهم الحمراء: ميتوكوندريا mLECs) (من 2 تكرارات). مقياس الرسم أو 200 نانومتر. ب قياس طول الميتوكوندريا في خلايا المصل اللمفية. الفئران في كل مجموعة. ج تعبير Nckap1l وNck1 وCalm2 وCdc42 وVegfc في السحايا بين مجموعة AD المعالجة بالضوء ومجموعة AD. د مخطط إثراء لمجموعات الجينات الرئيسية بواسطة GSEA للسحايا، يظهر ملف درجة الإثراء الجارية ومواقع أعضاء مجموعة الجينات في القائمة المرتبة. هـ مخطط انتشار للجينات المثرية في الفسفرة التأكسدية مرتبة وفقًا لـ (FC: تغيير الطي).

الشكل 6 | توضيح تخطيطي للآلية التي تستهدف بها العلاج الضوئي باستخدام mLVs لتحسين علم الأمراض المرتبط بمرض الزهايمر. يعزز الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء التنفس الميتوكوندري في خلايا الأوعية اللمفاوية عبر مستقبل الضوء CcO، مما يصلح خلايا اللمف.

التقاطعات والترتيبات لاستعادة تصريف المLVs، وتعزيز إزالة الجزيئات الكبيرة من النفايات وفي النهاية، تخفيف العمليات التنكسية العصبية في الفئران.

نقاش

طرق

الحيوانات

حقن داخل الحجرة الجافية الكبرى (i.c.m.)

استئصال الأوعية اللمفاوية السحائية (mLVs)

قياس اختراق الضوء

علاج الضوء

تصوير العقد اللمفية العنقية (CLNs)

تصوير تباين النقاط الليزرية (LSCI)

اختبار الحقل المفتوح (OF)

اختبار التعرف على الكائنات الجديدة/اختبار موقع الكائنات الجديدة (NOR/NOL)

اختبار متاهة Y

اختبار متاهة مورس المائية (MWM)

جمع الأنسجة

علم المناعة النسيجية والتصوير

قياس السوبر أكسيد الميتوكوندريا وإمكانات غشاء الميتوكوندريا

المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)

فرز خلايا الميكروفاج اللمفاوية

استخراج RNA وتسلسلها

التحليل الإحصائي

ملخص التقرير

توفر البيانات

توفر الشيفرة

References

1. Hasek, M., Chutna, J., Sládecek, M. & Lodin, Z. Immunological tolerance and tumor allografts in the brain. Nature 268, 68-69 (1977).
2. Louveau, A. et al. Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature 523, 337-341 (2015).
3. Aspelund, A. et al. A dural lymphatic vascular system that drains brain interstitial fluid and macromolecules. J. Exp. Med. 212, 991-999 (2015).
4. Da Mesquita, S. et al. Functional aspects of meningeal lymphatics in ageing and Alzheimer’s disease. Nature 560, 185-191 (2018).
5. Da Mesquita, S. et al. Meningeal lymphatics affect microglia responses and anti-Aß immunotherapy. Nature 593, 255-260 (2021).
6. Ding, X. et al. Impaired meningeal lymphatic drainage in patients with idiopathic Parkinson’s disease. Nat. Med. 27, 411-418 (2021).
7. Bolte, A. C. et al. Meningeal lymphatic dysfunction exacerbates traumatic brain injury pathogenesis. Nat. Commun. 11, 4524 (2020).
8. Chen, J. et al. Meningeal lymphatics clear erythrocytes that arise from subarachnoid hemorrhage. Nat. Commun. 11, 3159 (2020).
9. Li, X. et al. Meningeal lymphatic vessels mediate neurotropic viral drainage from the central nervous system. Nat. Neurosci. 25, 577-587 (2022).
10. Wu, K. M. et al. The role of the immune system in Alzheimer’s disease. Ageing Res. Rev. 70, 101409 (2021).
11. Wiedenmann, B., Franke, W. W., Kuhn, C., Moll, R. & Gould, V. E. Synaptophysin: a marker protein for neuroendocrine cells and neoplasms. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 83, 3500-3504 (1986).
12. DeGiosio, R. A. et al. More than a marker: potential pathogenic functions of MAP2. Front. Mol. Neurosci. 15, 974890 (2022).
13. Liu, Q. et al. Apelin alleviated neuroinflammation and promoted endogenous neural stem cell proliferation and differentiation after spinal cord injury in rats. J. Neuroinflammation 19, 160 (2022).
14. Takahashi, J. et al. Oxytocin reverses A -induced impairment of hippocampal synaptic plasticity in mice. Biochem. Biophys. Res. Commun. 528, 174-178 (2020).
15. Leikin-Frenkel, A., Schnaider Beeri, M. & Cooper, I. How alpha linolenic acid may sustain blood-brain barrier integrity and boost brain resilience against Alzheimer’s disease. Nutrients 14, 5091 (2022).
16. Spinelli, J. B. & Haigis, M. C. The multifaceted contributions of mitochondria to cellular metabolism. Nat. Cell Biol. 20, 745-754 (2018).
17. Schlame, M. Mitochondrial cristae as insulated transformers of metabolic energy. EMBO J. 38, e103472 (2019).
18. Kondadi, A. K., Anand, R. & Reichert, A. S. Cristae membrane dynamics – a paradigm change. Trends Cell Biol. 30, 923-936 (2020).
19. Castro, C. N. et al. NCKAP1L defects lead to a novel syndrome combining immunodeficiency, lymphoproliferation, and hyperinflammation. J. Exp. Med. 217, e20192275 (2020).
20. Alfaidi, M., Acosta, C. H., Wang, D., Traylor, J. G. & Orr, A. W. Selective role of Nck1 in atherogenic inflammation and plaque formation. J. Clin. Invest. 130, 4331-4347 (2020).
21. Dormond, O., Foletti, A., Paroz, C. & Rüegg, C. NSAIDs inhibit integrin-mediated and Cdc42/Rac-dependent endothelial-cell spreading, migration and angiogenesis. Nat. Med. 7, 1041-1047 (2001).
22. Broman, M. T., Mehta, D. & Malik, A. B. Cdc42 regulates the restoration of endothelial adherens junctions and permeability. Trends Cardiovasc. Med. 17, 151-156 (2007).
23. Yao, C. et al. Mitochondrial fusion supports increased oxidative phosphorylation during cell proliferation. eLife 8, e41351 (2019).
24. Karu, T. I. Mitochondrial signaling in mammalian cells activated by red and near-IR radiation. Photochem. Photobiol. 84, 1091-1099 (2008).
25. Salehpour, F., Khademi, M., Bragin, D. E. & DiDuro, J. O. Photobiomodulation therapy and the glymphatic system: promising applications for augmenting the brain lymphatic drainage system. Int. J. Mol. Sci. 23, 2975 (2022).
26. Wu, S. & Xing, D. Intracellular signaling cascades following light irradiation. Laser Photonics Rev. 8, 115-130 (2014).
27. Semyachkina-Glushkovskaya, O. et al. Transcranial photobiomodulation of clearance of beta-amyloid from the mouse brain: effects on the meningeal lymphatic drainage and blood oxygen saturation of the brain. Adv. Exp. Med. Biol. 1269, 57-61 (2021).
28. Semyachkina-Glushkovskaya, O. et al. Night photostimulation of clearance of beta-amyloid from mouse brain: new strategies in preventing Alzheimer’s disease. Cells 10, 3289 (2021).
29. Li, D. et al. Photostimulation of brain lymphatics in male newborn and adult rodents for therapy of intraventricular hemorrhage. Nat. Commun. 14, 6104 (2023).
30. Richard, B. C. et al. Gene dosage dependent aggravation of the neurological phenotype in the 5xFAD mouse model of Alzheimer’s disease. J. Alzheimer Dis. 45, 1223-1236 (2015).
31. Minkeviciene, R. et al. Age-related decrease in stimulated glutamate release and vesicular glutamate transporters in APP/PS1 transgenic and wild-type mice. J. Neurochem. 105, 584-594 (2008).
32. Jackson, H. M., Soto, I., Graham, L. C., Carter, G. W. & Howell, G. R. Clustering of transcriptional profiles identifies changes to insulin signaling as an early event in a mouse model of Alzheimer’s disease. BMC Genomics 14, 831 (2013).
33. Picelli, S. et al. Full-length RNA-seq from single cells using Smartseq2. Nat. Protoc. 9, 171-181 (2014).
34. Chen, S., Zhou, Y., Chen, Y. & Gu, J. Fastp: an ultra-fast all-in-one FASTQ preprocessor. Bioinformatics 34, i884-i890 (2018).
35. Li, B. & Dewey, C. N. RSEM: accurate transcript quantification from RNA-Seq data with or without a reference genome. BMC Bioinformatics 12, 323 (2011).
36. Love, M. I., Huber, W. & Anders, S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol. 15, 550 (2014).

شكر وتقدير

مساهمات المؤلفين

المصالح المتنافسة

معلومات إضافية

Non-invasive modulation of meningeal lymphatics ameliorates ageing and Alzheimer’s disease-associated pathology and cognition in mice

Results

Light modulates mLVs drainage and attenuates cognitive decline in aged mice

Light modulation alleviates cognitive decline and pathological damage in AD mice

To explore the effect of mLVs modulation by light on the learning and memory ability of AD mice, we similarly conducted light treatment and performed OF, NOL, and NOR tests on 5xFAD mice (6 months, male) and APPswe/PS1 (APP/PS1) mice ( 11 months, male) (Fig. 2a). In the OF test, there was no noticeable difference in total distance traveled, average speed, or time in center between groups, suggesting that mice had no motor impairments after light treatment (Supplementary Fig. 2a-d and Supplementary Fig. 3a-d). As expected, light-treated AD mice exhibited cognition restoration in the behavioral tests (5xFAD + light: versus 5xFAD: in NOR test; APP/PS1 + light: versus APP/PS1: in NOR test). However, there was no significant increase in cognitive performance in wild-type (WT) mice treated with light (WT + light: versus WT: in NOR test) (Fig. 2b, e, Supplementary Fig. 2e-k and Supplementary Fig. 3e-g). Altogether, light also induced distinct learning and spatial memory modifications in 5xFAD and APP/ PS1 mice, while not in WT mice. To further investigate the benefit of light on long-term learning and memory of AD mice, the Morris water maze (MWM) test was performed. Compared with untreated AD mice, light treatment decreased latency to find the platform in acquisition trials (5xFAD + light versus 5xFAD, ; APP/PS1 + light versus APP/PS1, ) and increased visits to platform location and visits to the target quadrant in probe test, without any effect on swimming velocity. However, light did not induce any behavioral indices modifications in age-matched WT mice (WT + light versus WT, ) (Fig. 2c, d, f, g, Supplementary Fig. 2l-o and Supplementary Fig. ). These results demonstrated that light could ameliorate impairments in spatial learning and memory of AD mice, but not WT mice.
accumulation, neuroinflammation and neurological damage are considered as AD pathological features. deposition and inflammation in hippocampus (HPC) and prefrontal cortex (PFC) of AD mice were evaluated by immunostaining with and Iba1 (Ionized calcium-binding adapter protein 1 , microglial marker). The results demonstrated that aggravated brain A burden occurred in HPC and PFC of 5xFAD mice, which were noticeably alleviated in light-treated 5xFAD mice to the similar level in WT littermates. Additionally, prominent microglia aggregation to and activation with reduced

To further examine neuroprotection of mLVs modulation by light in AD mice, immunohistochemical analyses were performed with NeuN (neuronal marker), synaptophysin (Syn) and microtubule associated protein 2 (MAP2) staining. Synaptophysin is an integral

membrane protein localized to presynaptic vesicles participating in neurotransmitter transport, and MAP2 is the predominant cytoskeletal regulator within neuronal dendrites . Compared to WT littermates, neuron cells and Syn in HPC and PFC of 5xFAD mice were significantly reduced and restored by light treatment to the similar levels as in WT littermates, indicating a significant restoration of neuronal
cells. Concurrently, MAP2 dendrites expression showed a slight increase in the light treatment group. Interestingly, dendrite morphology exhibited disordered distribution in HPC and PFC of 5xFAD mice, and light promoted more regular rearrangement (Fig. 2n-q and Supplementary Fig. ). Similarly, light treatment also reduced accumulation and microglia activation, as well as neuron damage and

Modulation on the structure of by light enhances drainage

Boosting mLVs drainage is required for cognition improvement by light