摘要
慢性炎症（如感染引发）会导致包括白细胞介素-1（IL-1）在内的细胞因子水平升高，但关于IL-1如何通过表观遗传机制导致认知障碍的研究仍有限。本研究发现，慢性感染刚地弓形虫的实验鼠出现空间记忆受损，这种损伤依赖神经元IL-1信号传导，且可通过持续暴露于IL-1β模拟。刚地弓形虫感染和IL-1β持续暴露均可在海马体神经元中诱导H2A.X依赖的DNA双链断裂（DSB）信号，而敲除神经元H2A.X信号通路可阻止这两种因素导致的记忆障碍。研究结果表明，细胞因子诱导的DNA断裂信号传导在空间记忆缺陷中具有关键作用，这一机制可能与多种脑部疾病相关。
扩展数据图注
扩展数据图1 刚地弓形虫感染小鼠的海马体出现免疫细胞浸润、星形胶质细胞增加和小胶质细胞激活
使用两种不同弓形虫菌株（Tg.GRA6-OVA和Tg.SAG1-OVA）感染小鼠后，通过定量PCR和囊泡计数监测感染进程。免疫荧光染色显示，慢性感染小鼠的齿状回区域星形胶质细胞（GFAP阳性）和小胶质细胞（IBA1阳性）密度显著增加。流式细胞术分析表明，感染导致海马体中CD45+免疫细胞（包括淋巴细胞、单核细胞和中性粒细胞）浸润增加，且小胶质细胞的MHC II类分子和CD86表达水平升高，提示免疫激活状态。
扩展数据图2 成年海马体神经元IL-1R1信号传导对空间记忆学习和巩固非必需，但对IL-1β诱导的记忆损伤至关重要
通过tamoxifen诱导的条件性基因敲除模型（CamKIIα-Cre-ERT2:Il1r1fl/fl），研究发现敲除前脑谷氨酸能神经元的IL-1受体（Il1r1 neuronKO）后，小鼠在高架十字迷宫（EPM）和巴恩斯迷宫中的学习曲线、错误次数及目标象限停留时间均与对照组（Il1r1 neuronWT）无显著差异。然而，接受IL-1β处理的对照组小鼠在记忆巩固测试中出现显著功能障碍，而基因敲除组未受影响，证实神经元IL-1信号传导是IL-1β导致记忆损伤的必要机制。
扩展数据图3 慢性IL-1β暴露不改变焦虑水平或运动能力，但引起持久记忆障碍
皮下植入IL-1β缓释泵（5 µg/kg/day）35天后，小鼠体重显著下降（p<0.001），但开放臂探索时间和运动距离与对照组无差异。巴恩斯迷宫测试显示，IL-1β处理组在训练期间错误次数显著增加（p<0.0001），且24小时后的探针测试中目标洞访问次数减少（p<0.01）。值得注意的是，即使在停止IL-1β输送75天后，记忆障碍仍持续存在，表明其对神经网络具有长期重塑效应。
扩展数据图4 慢性IL-1β暴露诱导海马体外周免疫细胞募集但不显著激活小胶质细胞
流式细胞术分析显示，IL-1β处理组的海马体中CD45+CD11b+单核细胞（Ly6Chi）和中性粒细胞（Ly6G+）数量显著增加（p<0.05），但小胶质细胞（CD45intCD11b+）的MHC II和CD86表达水平无显著变化，提示IL-1β主要通过招募外周免疫细胞而非激活本地小胶质细胞来介导神经炎症。
扩展数据图5 神经元敲除IL1r1不影响胶质细胞和新生神经元数量，但可抑制IL-1β诱导的DSB水平
免疫荧光染色显示，无论接受IL-1β处理与否，神经元特异性IL1r1敲除（Il1r1fl/flCre+）与对照组（Il1r1fl/flCre-）在齿状回的小胶质细胞和星形胶质细胞密度均无显著差异（p>0.05）。双皮质素（DCX）标记的新生成颗粒细胞数量在各组间也保持稳定。然而，共聚焦显微镜观察到IL-1β处理组神经元中53BP1和γH2A.X标记的DSB焦点显著增加，而基因敲除组未出现这种变化。体外培养的海马神经元中，IL-1R1 shRNA敲减可将IL-1β诱导的γH2A.X水平降低至对照组的40%（p<0.01），验证了信号传导的特异性。
扩展数据图6 H2ax条件性敲除模型验证及神经元核分离（FANS）方法
通过tamoxifen诱导的H2ax神经元敲除模型（H2axfl/flCre+），免疫荧光显示敲除组海马体H2A.X总表达量完全消失。FANS方法结合流式细胞术成功从海马体中分选NeuNhi神经元核（纯度>95%），为后续RNA测序提供高质量样本。PROGENy模型分析显示，IL-1β刺激下H2ax野生型（H2ax neuronWT）小鼠的EGFR通路靶基因显著激活，而敲除组未见此现象，揭示H2A.X在信号传导中的核心作用。
