毕设-开题报告-文献综述-正文-20260708-1

返回

毕设-开题报告-文献综述-正文-20260708-1

发布于: 更新于:
统计加载中...

阿尔茨海默病中小胶质细胞异常

阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种神经退行性疾病，其发病机制较为复杂，典型的病理特征有脑萎缩、β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein, Aβ）沉积、tau 蛋白异常聚集、部分突触和神经元丢失等。截至2021 年1，我国 60 岁以上人群中 AD 患者高达 983 万例，预计到 2050 年，我国 AD 患者将超过 3000 万人。目前多数新药研发以 Aβ斑块为导向，通过抑制 Aβ沉积或抑制γ-分泌酶和β分泌酶来降低脑内 Aβ的生成，但这些治疗策略在临床实验中均以失败告终。近 20 年来，美国 FDA 仅批准 6 个 AD 治疗药物2 ，包括他克林、多奈帕齐、卡巴拉汀、加兰他敏、美金刚和美金刚多奈帕齐复方制剂，其中他克林由于肝脏毒性较强，会导致急性肝损伤，现已退市。这些药物只能在 5-12 个月内改善认知功能低下等症状，不能阻止 AD 进一步发展。为探求更有效的早期诊断及治疗方案，研究人员将目光投向其他治疗靶点，如小胶质细胞3。

在 AD 发生发展过程中，小胶质细胞既发挥神经保护作用，也有神经毒性作用。一方面，Aβ斑块负担增加会激活小胶质细胞，引发炎性小胶质细胞增生，通过多种信号通路发挥细胞吞噬作用，来消除 Aβ斑块和受损细胞，保护神经元；另一方面，小胶质细胞表面受体与 Aβ斑块相互作用，促使细胞释放促炎因子、趋化因子和神经毒素等有害物质，影响其吞噬作用，导致 Aβ进一步累积与播散。人类全基因组关联研究的结果表明，小胶质细胞特异性表达或高表达的基因附近存在超过 25 个与 AD 风险密切相关的基因4 5 ，包括载脂蛋白 E（apolipoprotein E, ApoeE）、髓细胞受体 2（triggering receptor expressed on myeloid cells-2, TREM2）等6。同时，Claes 7等利用基因编辑技术构建 TREM2+/R47H 、TREM2+/-和 TREM2-/-突变型人诱导多功能干细胞（human pluripotent stem cells, hiPSCs），发现其衍生的小胶质细胞（human induced microglia-like cells, iMGL）中 TREM2 的突变会损伤其清除异常聚集淀粉样蛋白的能力，据此推测小胶质细胞病变会增加 AD 的发病率。随着对 AD 病理机制的深入研究，小胶质细胞的相关基因和心好转导通路在 AD 病理机制中的作用受到越来越多的重视，特别是在目前以 Aβ蛋白和 tau 蛋白为靶点的治疗方案效果不佳的情况下，基于小胶质细胞的靶向治疗的研究明显增多。

AD 的疾病机制非常复杂，许多临床试验不仅在时间、空间上都存在局限性，而且在论理上也受到极大限制，因此需要借助动物模型进行间接研究。其中使用较多的是啮齿类动物模型，可以模拟 AD 患者脑组织的病理变化以及行为特征，以便探索新的治疗方式，如在 BV2 细胞与 AD 小鼠模型中引入光敏感通道蛋白8，发现在光刺激下小胶质细胞形态发生改变且其清除淀粉样蛋白的能力增强，为清除蛋白聚集物而不丢失突触提供了一种潜在治疗策略。目前应用较多的模型有自然衰老认知障碍 AD 模型、快速老化小鼠模型、D-半乳糖诱导的亚急性衰老模型和各类转基因 AD 模型。但相关研究结果还有待在人源性细胞中进一步验证，因为啮齿类动物和人类的小胶质细胞在细胞特异性、蛋白表达等方面存在难以忽视的差异。部分人类小胶质细胞的关键免疫基因在小鼠模型中均未表达或表达量较低，而且人类和你吃类动物的小胶质细胞的免疫代谢方式也有较大差异9。此外，对比神经退行性疾病患者和 AD 小鼠的小胶质细胞基因表达谱发现，人类和和啮齿类动物仅有小部分基因表达是重叠的10 11。由此可见，啮齿类动物模型在研究人类神经退行性疾病方面有一定的局限性，利用 AD 动物模型展开的研究，很可能出现与体外实验截然不同的结果。因此，建立新型小胶质细胞体外研究模型对 AD 及其他人类神经退行性疾病有重要意义。

小胶质细胞特性与体外研究模型

小胶质细胞是大脑中驻留的巨噬细胞12，起源于胚胎期卵黄囊产生的骨髓祖细胞，在产前早期定植于中枢神经系统，占中枢神经系统全部脚趾细胞的 5-50%。小胶质细胞作为中枢神经系统中重要的议案一细胞，通过一组独特的蛋白质不断扫描周围环境，检测细胞碎片、传染性病原体、具有病原体相关分子模式和损伤相关分子模式的生物大分子。在早期发育中小胶质细胞还能通过释放胰岛素生长因子 1 等物质促进神经元存活、调节神经元兴奋性13，同时也能对兴奋性和抑制性突触进行重塑，在发育期通过 TREM2 信号调节突触活动，清除受损或功能较弱的突触以形成神经环路。表达 B 型-γ氨基酸丁酸受体的小胶质细胞会选择性修剪抑制性突触14，这一功能的异常所导致的发育期障碍可能会引起成年多动症。

小胶质细胞传统表型为静息态（M0 型）和激活态（M1、M2 型），随着相关研究的深入，这种简单的分类不足以阐明不同脑区或不同疾病影响下小胶质细胞的状态15。转录组学和蛋白质组学的迅速发展使得研究人能够深入了解小胶质细胞在不同刺激下表现出的形态和功能差异，从而进一步丰富小胶质细胞谱系结构。现已发现许多小胶质细胞新亚型，其中与 AD 相关的与疾病相关小胶质细胞（disease-associated microglia, DAM）和斑块相关小胶质细胞（plaque-associated microglia, PAM）等。随着单细胞转录组技术的迅速发展，通过分析胎儿组织中的小胶质细胞发现其表达的基因多种多样，根据小胶质细胞表达的不同基因可将其分为 16 个亚群16 17 ，其中几种亚群中富集了神经退行性疾病疾病相关基因和 RNA 标记18。这 16 种亚群的共性是均表达小胶质细胞标记物集落刺激因子-1 受体（colony-stimulating factor 1 receptor, CSF-1R）、基序趋化因子受体 1（chemokine receptor 1, CX3CR1）以及与神经退行性疾病相关的基因，表明在人类胎儿的早期，小胶质细胞就已经出现激活状态19。同时也有研究通过单细胞 RNA 测序技术分析人类大脑皮层样本将成年人小胶质细胞分为 9 个不同的细胞簇，其中几个细胞簇腹肌了与神经退行性疾病相关的基因，并与 AD 的病理和临床特征有不同关联20 ：细胞簇 4 富集多发性硬化疾病相关基因；细胞簇 5 和 6 富集大量疾病诊断相关基因，包括 AD 和神经血管疾病；细胞簇 7 中富集的疾病相关基因最多，包括 AD、炎症性脱髓鞘和缺血。

研究小胶质细胞的体外模型主要有原代小胶质细胞、永生化小胶质细胞系、诱导型小胶质样细胞、共培养模型和 3D 脑类器官。人原代小胶质细胞主要从死后脑组织中分离，岁更接近于体内情况，具有更高的生物学真实性，但来源稀缺。离体培养的小胶质细胞可能出现异常表型21 22 ，稳定性较差且不具备自我更新能力，不适合长期培养。对原代细胞进行基因改造或者病毒感染可构建永生化小胶质细胞系。这种细胞系更容易获得，具有自我更新能力，体外培养时能响应趋化因子和炎症刺激并表达小胶质细胞激活标志物。但和原代小胶质细胞相比，其胞内特异性基因表达下调或缺失。而 iMGL 具有容易获得、体外培养时可无限增殖且能反映个体遗传特性等优势，是小胶质细胞及 AD 研究的新工具。

Footnotes

  1. The China Alzheimer report 2022. General Psychiatry, 2022, 35: 1-19 ↩

  2. van Dyck CH, Swanson CJ, Aisen P, et al. Lecanemab in early Alzheimer’s disease. N Engl J Med, 2023, 388: 9-21 ↩

  3. 2023 Alzheimer’s disease facts and figures. Alzheimers Dement, 2023, 19: 1598-695 ↩

  4. Wingo AP, Liu Y, Gerasimov ES, et al. Integrating human brain proteomes with genome-wide association data implicates new proteins in Alzheimer’s disease pathogenesis. Nat Genet, 2021, 53: 143-6 ↩

  5. Wightman DP, Jansen IE. A genome-wide association study with 1,126,563 individuals identifies new risk loci for Alzheimer’s disease. Nat Genet, 2021, 53: 1276-82 ↩

  6. Knupp A, Mishra S, Martinez R, et al. Depletion of the AD risk gene SORL1 selectively impairs neuronal endosomal traffic independent of amyloidogenic app processing. Cell Rep, 2020, 31: 107719 ↩

  7. Claes C, Van den Daele J, Boon R, et al. Human stem cellderived monocytes and microglia-like cells reveal impaired amyloid plaque clearance upon heterozygous or homozygous loss of TREM2. Alzheimers Dement, 2019, 15: 453-64 ↩

  8. Lv Z, Chen L, Chen P, et al. Clearance of β-amyloid and synapses by the optogenetic depolarization of microglia is complement selective. Neuron, 2024, 112: 740-54.e7 ↩

  9. Sabogal-Guáqueta AM, Marmolejo-Garza A, TrombettaLima M, et al. Species-specific metabolic reprogramming in human and mouse microglia during inflammatory pathway induction. Nat Commun, 2023, 14: 6454 ↩

  10. Galatro TF, Holtman IR, Lerario AM, et al. Transcriptomic analysis of purified human cortical microglia reveals ageassociated changes. Nat Neurosci, 2017, 20: 1162-71 ↩

  11. Friedman BA, Srinivasan K, Ayalon G, et al. Diverse brain myeloid expression profiles reveal distinct microglial activation states and aspects of Alzheimer’s disease not evident in mouse models. Cell Rep, 2018, 22: 832-47 ↩

  12. Gosselin D, Skola D, Coufal NG, et al. An environmentdependent transcriptional network specifies human microglia identity. Science, 2017, 356: eaal3222 ↩

  13. Badimon A, Strasburger HJ, Ayata P, et al. Negative feedback control of neuronal activity by microglia. Nature, 2020, 586: 417-23 ↩

  14. Cao P, Chen C, Liu A, et al. Early-life inflammation promotes depressive symptoms in adolescence via microglial engulfment of dendritic spines. Neuron, 2021, 109: 2573-89.e9 ↩

  15. Paolicelli RC, Sierra A, Stevens B, et al. Microglia states and nomenclature: a field at its crossroads. Neuron, 2022, 110: 3458-83 ↩

  16. Füger P, Hefendehl JK, Veeraraghavalu K, et al. Microglia turnover with aging and in an Alzheimer’s model via longterm in vivo single-cell imaging. Nat Neurosci, 2017, 20: 1371-6 ↩

  17. Kracht L, Borggrewe M, Eskandar S, et al. Human fetal microglia acquire homeostatic immune-sensing properties early in development. Science, 2020, 369: 530-7 ↩

  18. Olah M, Menon V, Habib N, et al. Single cell RNA sequencing of human microglia uncovers a subset associated with Alzheimer’s disease. Nat Commun, 2020, 11: 6129 ↩

  19. Kracht L, Borggrewe M, Eskandar S, et al. Human fetal microglia acquire homeostatic immune-sensing properties early in development. Science, 2020, 369: 530-7 ↩

  20. Kantarci A, Tognoni CM, Yaghmoor W, et al. Microglial response to experimental periodontitis in a murine model of Alzheimer’s disease. Sci Rep, 2020, 10: 18561 ↩

  21. Kantarci A, Tognoni CM, Yaghmoor W, et al. Microglial response to experimental periodontitis in a murine model of Alzheimer’s disease. Sci Rep, 2020, 10: 18561 ↩

  22. Xu Y, Gao W, Sun Y, et al. New insight on microglia activation in neurodegenerative diseases and therapeutics. Front Neurosci, 2023, 17: 1308345 ↩

评论