Choroid plexus CCL2‒CCR2 signaling orchestrates macrophage recruitment and cerebrospinal fluid hypersecretion in hydrocephalus.

• Qiguang Wang, Fei Liu, Yue Li, Huan Zhang, Xin Qi, Ke Wu, Yi Zhang, Shenglan You, Wenke Liu, Xuhui Hui, Hanmei Li, Lei Zhu, Huile Gao, Jian Cheng

• Acta Pharmaceutica Sinica B, June 17, 2024

• https://doi.org/10.1016/j.apsb.2024.06.020 

Abstract

Hydrocephalus, especially post-hemorrhagic hydrocephalus (PHH), is characterized by excessive cerebrospinal fluid (CSF) accumulation and remains without effective pharmacological therapies. Here, we identify choroid plexus (ChP) inflammation mediated by CCL2–CCR2 signaling as a critical driver of CSF hypersecretion in hydrocephalus. In rat PHH models, ChP epithelial cells upregulated CCL2, which recruited CCR2⁺ monocytes that differentiated into macrophages within the ChP. These macrophages secreted TNF-α, activating TNFR1/NF-κβ signaling in ChP epithelial cells, thereby amplifying inflammatory responses and increasing NKCC1 activity, leading to CSF hypersecretion. Overexpression of CCL2 aggravated macrophage infiltration and ventriculomegaly, while pharmacological inhibition using Bindarit (CCL2 inhibitor) or INCB3284 (CCR2 antagonist) attenuated macrophage accumulation, epithelial inflammation, and CSF secretion. These findings demonstrate that CCL2–CCR2–TNF-α signaling orchestrates ChP immune–epithelial interactions, driving CSF overproduction in hydrocephalus, and highlight CCL2/CCR2 as promising therapeutic targets for disease intervention.

한글초록요약

출혈 후 수두증(PHH)은 뇌척수액(CSF)의 과도한 축적으로 특징지어지며 현재까지 효과적인 약물 치료법이 부족함. 본 연구는 뇌실막(Choroid plexus, ChP) 염증에서 CCL2–CCR2 신호전달이 수두증의 뇌척수액 과분비를 유도하는 핵심 기전임을 규명함. 마우스 PHH 모델에서 뇌실막 상피세포는 CCL2 발현을 증가시켜 CCR2⁺ 단핵구를 유입시키고, 이들이 대식세포로 분화하여 TNF-α를 분비하는 것을 확인함. 분비된 TNF-α는 뇌실막 상피세포의 TNFR1/NF-κβ 경로를 활성화하여 염증 반응을 증폭시키고, NKCC1 수송체 활성 증가를 통해 뇌척수액 분비를 촉진하였으며, CCL2 과발현은 대식세포 침윤과 뇌실 확장을 악화시키고 반대로 CCL2 억제제(Bindarit) 또는 CCR2 길항제(INCB3284) 투여는 대식세포 축적, 상피 염증, 뇌척수액 분비를 유의하게 완화시킴. 따라서 본 연구는 뇌실막 면역–상피 상호작용을 매개하는 CCL2–CCR2–TNF-α 경로가 수두증 발병에 중심적 역할을 함을 보여주며, CCL2/CCR2 억제가 새로운 치료 표적이 될 수 있음을 제시함.

한글논문요약

Introduction : 수두증은 뇌척수액의 비정상적 축적으로 발생하며, 특히 출혈 후 수두증은 심각한 신경학적 후유증을 남길 수 있음. 현재 치료는 주로 외과적 단락술에 의존하고 있으며, 근본적인 약물요법은 없는 것으로 확인됨. 최근 연구에서는 뇌척수액 흡수장애뿐만 아니라 뇌실막에서의 과분비와 염증이 중요한 병인임을 시사하고 있음. 염증성 케모카인 CCL2가 CCR2 수용체를 통해 단핵구를 유인하고, 이들이 대식세포로 활성화되어 상피세포 기능에 영향을 줄 가능성이 제기됨. 하여, 본 연구는 CCL2–CCR2 신호가 뇌실막 염증과 뇌척수액의 과분비를 어떻게 매개하는지 규명하고, 약리학적 억제를 통한 치료 가능성을 탐색하고자 연구를 진행함.

Methods : 본 연구에서는 출혈 후 수두증 마우스 모델을 제작하여 뇌실막에서의 면역세포 반응과 뇌척수액 분비 변화를 분석함. 면역조직화학 및 면역형광염색으로 대식세포 침윤을 관찰하고, qPCR과 Western blot으로 CCL2, TNF-α, NF-κβ 관련 인자 발현을 확인함. AAV를 이용해 CCL2를 과발현시켜 효과를 확인하였으며, Bindarit(CCL2 억제제)와 INCB3284(CCR2 길항제)를 투여해 대조군과 비교함. 또한 뇌척수액 분비율은 생리학적 관류법으로 측정하여 염증 조절에 따른 변화를 정량화함.

Results : 출혈 후 수두증 마우스 모델에서 뇌실막 상피세포의 CCL2 발현이 유의하게 증가하였으며, 이에 따라 CCR2⁺ 단핵구의 모집과 대식세포 침윤이 관찰됨. 침윤된 대식세포는 TNF-α를 분비하였고, 이는 뇌실막 상피세포의 TNFR1을 매개로 NF-κβ 신호를 활성화시킴. 이 과정에서 염증 관련 유전자 발현(IL-1β, IL-6 등)이 증가하고, NKCC1 인산화가 촉진되어 뇌척수액 분비율이 증가함. AAV를 통한 CCL2 과발현 실험에서는 대식세포 유입이 더욱 뚜렷하게 증가하며 뇌실 확장이 악화되었음. 반대로 Bindarit(CCL2 억제제) 또는 INCB3284(CCR2 길항제)를 투여한 군에서는 대식세포 축적과 TNF-α 발현이 현저히 억제되었으며, 상피 염증 반응 및 NKCC1 활성화도 감소하였음. 결과적으로 뇌척수액 과분비와 뇌실 확장이 완화되는 효과가 확인됨. 따라서, 이러한 결과는 CCL2–CCR2–TNF-α 경로가 뇌실막 염증과 뇌척수액 과다 분비를 매개하는 핵심 기전임을 보여주며, 이 신호전달 경로의 억제가 수두증 치료에 잠재적 약리학적 접근법이 될 수 있음을 제시하고 있음.