小胶质细胞的突变如何提高阿尔茨海默病的风险


  发布日期: 2023年12月07日

  来源:mit

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小胶质细胞的突变如何提高阿尔茨海默病的风险

一种罕见但很有破坏性的基因突变会改变大脑免疫细胞——小胶质细胞中的一种蛋白质,使人们患阿尔茨海默病的风险增加三倍。麻省理工学院Picower学习与记忆研究所的研究人员进行的一项新研究详细说明了这种突变是如何破坏小胶质细胞功能的,并解释了它是如何产生更高风险的。研究结果强调了小胶质细胞在阿尔茨海默病(AD)等神经退行性疾病病理中的关键作用。

小胶质蛋白触发受体2 (TREM2)的许多突变与AD发生风险增加有关,最明显的是R47H/+突变。在发表在《神经胶质细胞》杂志上的这项研究中,Tsai和Penney的团队利用基因编辑和干细胞模型来深入了解TREM2 R47H/+突变对人诱导的多能干细胞来源的小胶质细胞的影响。他们发现R47H/+细胞表现出促炎基因表达特征,使小胶质细胞对炎症刺激产生过度反应。

他们建立了神经元-小胶质细胞共培养的体外激光诱导损伤模型,发现突变也会导致小胶质细胞运动和多种底物的摄取受损,使之对神经元损伤的反应受损,清除有害碎片——特别是阿尔茨海默氏症的标志蛋白淀粉样蛋白——的能力下降。当研究人员将TREM2突变的人类小胶质细胞移植到小鼠的大脑中时,他们发现移植小鼠大脑显示突触密度降低——神经元之间的连接数量显著减少会损害大脑功能(如记忆)的回路。TREM2 R47H/+小胶质细胞中多种补体级联成分上调,提示造成这种变化的机制可能是不适当的突触清除。这些发现确定了TREM2 R47H/+突变对小胶质细胞基因表达和功能的一些潜在有害影响,可能是其与AD相关的基础。

“这种TREM2 R47H/+突变是阿尔茨海默病的一个非常重要的风险因素,”该研究的主要作者Jay Penney当时是麻省理工学院Picower教授Li-Huei Tsai实验室的博士后,现在是爱德华王子岛大学即将上任的助理教授。“这项研究提供了明确的证据,证明小胶质细胞功能障碍会增加患阿尔茨海默病的风险。”Penney表示,这项研究并不是第一个探究TREM2 R47H/+突变如何导致阿尔茨海默氏症的研究,但它可能会推动科学家们对新出现的理解。早期的研究表明,这种突变只是剥夺了蛋白质的功能,但新的证据描绘了一个更深刻、更微妙的画面。虽然小胶质细胞确实表现出减少碎片清除和损伤反应,但它们在其他方面变得过度活跃,例如过度炎症和突触修剪。

如何研究小神经胶质细胞

Penney, Tsai将工作集中在人类小胶质细胞培养上。他们采用了从一位75岁健康女性捐赠的皮肤细胞中提取的干细胞系。他们使用CRISPR基因编辑插入R47H/+突变,然后培养编辑过的干细胞和未编辑的干细胞,诱导使其成为小胶质细胞,从而获得突变的小胶质细胞和健康的小胶质细胞作为实验对照——它们在其他方面基因相同。

研究小组观察了两种细胞之间的1000多种差异,以分析隐藏突变如何影响细胞的基因表达。一个特别值得注意的发现是,突变的小胶质细胞增加了与炎症和免疫反应相关的基因的表达。当他们将培养的小胶质细胞暴露于模拟感染的化学物质中时,突变的小胶质细胞比正常的小胶质细胞表现出明显更明显的反应,这表明突变使小胶质细胞更容易发炎。

研究小组进一步将它们暴露在三种小胶质细胞通常在大脑中清除的碎片中:髓磷脂、突触蛋白和淀粉样蛋白。突变的小胶质细胞比健康的小胶质细胞清除的少。

小胶质细胞的另一项功能是在细胞(如神经元)受伤时作出反应。Penney和Tsai的团队共同培养小胶质细胞和神经元,然后用激光照射神经元。在受伤后的90分钟内,研究小组追踪了周围小胶质细胞的运动。与正常的小胶质细胞相比,那些有突变的小胶质细胞不太会向受伤的细胞移动。

最后,为了研究突变的小胶质细胞如何在活体大脑中发挥作用,科学家们将突变的或健康的对照小胶质细胞移植到小鼠大脑中被称为海马体的记忆集中区域。然后,科学家们对该区域进行染色,以突出显示各种感兴趣的蛋白质。从某些方面来看,是否有突变的或正常的人类小胶质细胞并不重要,但在植入突变的小胶质细胞的小鼠体内,与突触相关的蛋白质大大减少。

是什么让小胶质细胞起作用?

结合来自基因表达测量的证据,和来自小胶质细胞功能实验的证据,研究人员能够推测驱动R47H/+突变小胶质细胞不良变化的原因。Penney和Tsai的团队注意到一种“嘌呤能”受体蛋白的表达下降,这种蛋白与感知神经元损伤有关,这也许可以解释为什么突变的小胶质细胞难以完成这项任务。携带突变的小鼠过度表达用于标记突触以去除的“补体”蛋白质。这也许可以解释为什么突变的小胶质细胞会过度热衷于清除小鼠的神经突触,尽管增加的炎症也可能通过损害整个神经元而导致这种突触清除。随着小胶质细胞功能障碍的分子机制变得更加清晰,药物开发人员将获得针对与TREM2 R47H/+突变相关的更高疾病风险的关键见解。

结论:这个研究结果强调了TREM2 R47H/+突变的多重影响,可能是其与阿尔茨海默病风险相关的基础,并提示可以用于治疗干预的新节点。


 

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