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研究揭示某些脑细胞在阿尔茨海默病斑块形成中的作用

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时间:2024-08-19

在最近发表在《Nature Neuroscience》杂志上的一项研究中,研究人员调查了少突胶质细胞(OLs)和神经元在阿尔茨海默病(AD)模型小鼠淀粉样蛋白-β(Aβ)斑块负担的贡献。他们发现 OLs 和神经元增加了 Aβ 斑块的负担,其中兴奋性投射神经元需要提供 Aβ 的阈值水平以快速形成斑块。这些发现对于了解 AD 的预防和潜在的治疗策略是有价值的。

研究背景

AD 是一种渐进性神经退行性疾病,以记忆力丧失、认知力下降和行为变化为特征。它通常导致老年人痴呆。它涉及到大脑中的 β 斑块和神经原纤维纠缠的积累,导致脑细胞的死亡和脑功能的恶化。证据表明,Aβ 的产生主要与兴奋性神经元有关。然而,最近的研究表明,其他细胞类型也可能产生 Aβ。研究表明,体外培养的 OLs 可产生可检测水平的 Aβ。考虑到 OL 谱系细胞在灰质和白质中都很丰富,并且髓磷脂的变化已知与 AD 相关,本研究的研究人员在体内研究了 OL 是否有助于 Aβ 斑块负担。他们的目标是了解 OLs 在 AD 中的作用,这可能会揭示不同细胞类型如何促进疾病进展的新见解,可能会为治疗策略开辟新的途径。

关于研究

研究人员分析了野生型小鼠和人类神经系统的单核核糖核酸测序(snRNA-seq)和单细胞 RNA 测序(scRNA-seq)数据集,分析了淀粉样蛋白发生途径基因的表达,包括 APP(淀粉样蛋白前体蛋白)、BACE1 (β 位点 APP切割酶1)、PSEN1(早老素1)和 PSEN2(早老素2)在主要中枢神经系统(CNS)细胞群中的表达。CNS 细胞群,包括兴奋性神经元、抑制性神经元、少突胶质细胞前体细胞、成熟少突胶质细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞、内皮细胞和周细胞,被用于分析。此外,研究人员使用各种技术,包括免疫标记和原位杂交(ISH),验证了 APP 在小鼠和人类 OLs 中的表达。建立了新的AD小鼠系,以评估 OLs 和 ExN 对 Aβ 产生的贡献。将 APPNLGF 敲入小鼠与 Bace1fl/fl 小鼠杂交,在特定细胞类型中使用 Cnp-Cre 敲除 OLs 和 Nex-Cre 敲除 ExN,条件敲除 Bace1。应用 Western blotting 分析 APP 处理变化。采用薄层显微镜(LSM)对小鼠脑内淀粉样斑块进行成像,并采用电化学发光法测定 Aβ 水平。

结果和讨论

本研究发现神经元和 OLs 均表达淀粉样蛋白通路基因。APP 在 OLs 中的表达在小鼠和人体组织中均得到证实。新型 AD 小鼠系显示,与对照组相比,OL-Bace1cKO;AD 小鼠的斑块负担减少了30%,而 ExN-Bace1cKO;AD 小鼠的斑块负担减少了 95-98%。这表明 exn 来源的 Aβ 对斑块的形成至关重要。尽管淀粉样蛋白基因在 OLs 中高表达,但与神经元相比,它们对总体 Aβ 沉积的贡献较小。

斑块负荷与 Aβ 的产生呈非线性关系,而神经元 Aβ 对于达到斑块形成的阈值水平至关重要。ExN-Bace1cKO;AD 脑组织中残留的 Aβ 主要来源于 OLs。功能分析显示,由于 Bace1 cKO,神经元或轴突丰度没有变化,髓磷脂谱保持不变。研究结果表明,虽然 OLs 有助于 Aβ 的产生,但其产生 Aβ 的效率低于神经元。

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图:调节细胞类型特异性 Aβ 贡献的工作模型。选择性地从特定细胞类型中去除 Aβ 导致 Aβ 生成的稳态速率变化,导致斑块生长呈指数级放缓,并遵循 s 型生长曲线。ctrl,控制;rel。相对的。

研究结论

总之,该研究通过建立原发性 Aβ 病理,首次提供了 OLs 显著促进 AD 的体内证据。小鼠斑块的减少与 aducanumab 和 lecanemab 抗体治疗的效果相当。尽管 ExN 衍生的 Aβ 仍然是快速斑块形成所必需的,但目前的发现将一些焦点从单纯的 ExN 转移到 AD 病理中的 OLs。研究结果还表明,与广泛的 BACE1 抑制相比,在 OLs 中特异性靶向 BACE1 可能提供一种副作用更少的治疗策略。此外,如果在 Aβ 达到有害水平之前给药,它支持 BACE1 抑制剂预防淀粉样变性的潜力,为开发更有效的 AD 治疗提供了新的见解。

期刊参考

  • Oligodendrocytes produce amyloid-β and contribute to plaque formation alongside neurons in Alzheimer's disease model mice. Sasmita, A.O. et al., Nature Neuroscience (2024), DOI: 10.1038/s41593-024-01730-3, https://www.nature.com/articles/s41593-024-01730-3

延展阅读

  • 研究揭示阿尔茨海默病和唐氏综合症的蛋白质结构相似性


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