神经

Neuron: 阿尔茨海默病中小胶质细胞的胞葬作用

作者:佚名 来源:brainnew神内神外 日期:2023-02-22
导读

          全基因组关联研究和功能基因组学研究已将特定细胞类型、基因和途径与阿尔茨海默病(AD)风险联系起来。特别是AD风险等位基因主要影响巨噬细胞中表达的基因的丰度或结构,从而影响其活性,强烈暗示小胶质细胞(脑内巨噬细胞)与AD的病因有关。小胶质细胞是维持神经系统环境稳定的重要免疫细胞,通过研究阿尔茨海默病(AD)的相关基因变异以及基因在小胶质细胞中的功能影响对于阐明疾病风险机制和开发有效的治疗方法至关重要。

关键字:  阿尔茨海默病 

        全基因组关联研究和功能基因组学研究已将特定细胞类型、基因和途径与阿尔茨海默病(AD)风险联系起来。特别是AD风险等位基因主要影响巨噬细胞中表达的基因的丰度或结构,从而影响其活性,强烈暗示小胶质细胞(脑内巨噬细胞)与AD的病因有关。小胶质细胞是维持神经系统环境稳定的重要免疫细胞,通过研究阿尔茨海默病(AD)的相关基因变异以及基因在小胶质细胞中的功能影响对于阐明疾病风险机制和开发有效的治疗方法至关重要。

        近期,《Neuron》期刊发表了题为“Microglial efferocytosis: Ping into the Alzheimer’s disease gene pool ”的综述,作者回顾了多种AD风险等位基因聚集在包括内吞/吞噬作用、胆固醇代谢和免疫反应等在核心巨噬细胞功能中起的关键作用的通路途径。重点介绍了在最新的AD遗传学和基因组学研究中发现的相关基因,且描述了它们是如何参与AD发病机制。

        阿尔茨海默病遗传学

        阿尔茨海默病 (AD) 是最普遍的痴呆类型,是一种神经退行性疾病,其特征是淀粉样蛋白β肽 (Aβ) 在淀粉样斑块中异常沉积以及在神经原纤维缠结中异常沉积 tau 蛋白。除了这些经典的神经病理学特征外,Alois Alzheimer 还描述了与同名疾病相关的神经元丢失、明显的神经胶质增生(神经胶质细胞的增殖和“激活”)和脂质沉积(“类脂颗粒”的细胞内积累)。阿尔茨海默氏病 (AD) 是最普遍的痴呆类型,是一种神经退行性疾病,其特征是淀粉样蛋白β肽 (Aβ) 在淀粉样斑块中异常沉积以及在神经原纤维缠结中异常沉积 tau 蛋白。除了这些经典的神经病理学特征外,Alois Alzheimer 还描述了与同名疾病相关的神经元丢失、明显的神经胶质增生(神经胶质细胞的增殖和“激活”)和脂质沉积(“类脂颗粒”的细胞内积累),预测先天免疫系统和胆固醇代谢失衡在AD发病机制中的重要作用。

        常染色体显性遗传性AD (ADAD) 占病例的<1%,主要由三个基因( APP、PSEN1 和 PSEN2)之一的突变引起,所有这些基因都参与淀粉样前体蛋白 (APP) 的蛋白水解加工以产生Aβ。淀粉样变性APP 加工与 AD 之间的遗传联系导致了淀粉样蛋白级联假说 (ACH) 的出现。该机制理论表明,淀粉样蛋白聚集和沉积是 AD 发病机制中的触发事件。尽管这是最流行的假设,但它经常被改动,而且目前还没有任何疗法(包括旨在减少Aβ生成和淀粉样蛋白积累的疗法)能够成功预防或减缓 AD 的发作或进展。散发性AD与遗传性且发病时间较早的ADAD相比,其大多数病例都是散发性AD。尽管散发性 AD 通常细分为迟发性 AD (LOAD) 和早发性 AD (EOAD),但遗传证据表明它们代表了一个连续的统一体,而不是两个不同的群体。例如,载脂蛋白 E (APOE) 是LOAD 和 EOAD两者的主要风险基因,其遗传模式更类似于半显性、中度外显性孟德尔疾病基因,而不是复杂疾病的全基因组关联研究 (GWAS) 确定的低风险常见等位基因。

        此外,根据 LOAD 遗传关联研究生成的多基因风险评分 (PRS) 显示 EOAD 的富集程度更高,正如所预测的那样(遗传负荷较高的疾病发病年龄较早)。基于此,作者团队将在本次审查中提及 AD 而不是 LOAD/EOAD。ADAD 和 AD 共有临床和病理特征。虽然 ADAD 基因根据定义几乎完全外显,但这些家族中有一些个体表现出外显率降低的例子,例如PSEN1E280A哥伦比亚家族中APOE Christchurch 变异的携带者。

        如上所述,APOE基因型具有中等外显性,导致频繁的家族聚集,而迄今为止发现的大多数其他 AD 风险等位基因具有低外显率 (比值比<2)。尽管外显率存在这些差异,但所有位点都具有因 果等位基因。在ADAD中,这些通常是特定基因的编码变异,而对于散发性AD,这些更常见的是特定基因调控元件(GRE,例如启动子和增强子)中的非编码变异,因此将这些变异与特定基因和功能结果联系起来更具挑战性。

        迄今为止,GWAS 已在 75 个基因组区域(位点)中识别出与 AD 相关的常见变异, 阿尔茨海默氏病测序计划 (ADSP)生成并共享越来越多受影响和未受影响个体的全外显子组/全基因组序列 (WES/WGS),现在也可以识别稀有与AD相关的变异(MAF<0.01)。遗传变异(包括APOE基因)解释了70%的AD遗传性常,见和罕见的AD风险变异都集中在相似的细胞类型和途径上。更具体地说,它们中的大多数影响GRE、基因和生物过程,这些过程尽管不是唯一的,但对巨噬细胞至关重要。在本综述中,作者团队将重点介绍它们对小胶质细胞功能的影响。

        人类遗传学和功能基因组学方法

        微阵列技术的发展使人类群体规模的遗传关联分析成为可能。微阵列技术用于快速、廉价地对基因组中数十万至数百万单核苷酸多态(SNPs)进行基因分型。GWAS使用SNP阵列或WES/WGS基因型数据来测试不同表型的人之间变异的等位基因频率的差异。GWAS的目标是识别与特定特征或疾病相关的变异。SNP阵列利用了共同的变体在称为单倍型的组中一起遗传(即处于连锁不平衡[LD])的这样一个事实,这种遗传结构允许单个变体对整个单倍型进行“标记”,并根据参考人类基因组序列高精度地归因于相关的变体。

        GWAS SNP阵列中使用的群体参考板已经增长到包括更大密度的变异和更广泛的等位基因频率。例如,TRANS-OMICS for Precision Medicine(TOPmed)包括来自不同种族人群的200,000多个参考样本和7.81亿个变异位点。使用微阵列基因分型技术,大型的、更具种族多样性的参考小组已经能够对低频和稀有变异进行归类。

        虽然取得了进展,但仍然存在严重差距。GWAS主要在欧洲血统的人群中进行,因此最常见的与AD相关的单倍型可能已经在该人群中被识别出来。然而,在非欧洲祖先中,样本量要小得多(在大多数群体中<5000例),因此,出于科学和公平的原因,这些群体中非常需要更大的SNP阵列GWAS。在欧洲血统样本中获得更大数据集的原因之一是包含了来自英国生物库和 23&Me 等生物库的数据。这允许纳入许多来自健康老年人的人口的控制,并开发了一种创新方法,该方法使用代理病例和基于有或没有痴呆家族病史的基因分型个人的控制。然而,虽然纳入以总体为基础的对照方法增加了总样本量,但提高GWAS的统计能力需要增加有效样本量--平衡样本设计(即50%病例和50%对照)中同等作用的GWAS的样本量。这反映在随着有效样本量而不是总样本量的增加,AD相关的基因座的总数增加(图1)。虽然这种代用表型与AD风险有显著的遗传性,但它不是相同的表型,因为这些代用病例包括其他类型的痴呆症,而代用对照可能遗漏了轻度痴呆。

        值得注意的是,一些基因座只有在包括代理病例时才显示出全基因组的统计意义,而其他基因座则低于这一显著阈值,这表明代理病例利用了类似但不同的遗传风险架构。欧洲人AD的进展速度、药物开发背景下最相关以及神经成像和液体生物标记物测量在内的内表型,均未在大型GWAS中进行探索。

        虽然基于SNP阵列基因分型的GWAS研究在识别与人类特征相关的常见单倍型方面非常成功,但它们在临床应用以及因果变异和基因识别方面存在局限性。大多数常见的SNPs效应较小,这限制了其临床预测价值。这个问题的一个潜在解决方案是通过根据风险等位基因的数量计算总体遗传负担,根据风险等位基因的数量,根据其影响大小估计进行加权。然而,目前使用的PRS方法还不能解释足够的遗传风险,使它们在临床上有用。GWAS发现的另一个限制是,与疾病相关的单倍型并不能准确定位因果变异和基因。单倍型内相关变异的LD使识别驱动疾病关联的因果变异变得困难。

        此外,大多数常见的疾病相关变异映射到基因组的非编码区,使得很难识别介导其对疾病易感性的影响的基因。例如,最常见的与疾病相关的SNPs定位于GRE中,影响一段距离外的目标基因的表达水平。为了解决这些局限性,有必要对GWAs信号进行下游分析,以确定因果功能、调控变体及其目标因果基因,包括利用功能基因组数据的精细图谱和综合方法。

        尽管SNP阵列正在改进以包括更多的变体,但可归因于SNP的集合仍然是GWAS的限制因素。识别与疾病相关的罕见变异的一种更准确的方法是直接对整个基因组或整个外显子进行测序。基于WES/WGS的GWAS旨在捕获所有的遗传变异,而不局限于使用微阵列进行基因分型或输入的SNPs。目前新一代测序的高昂价格是GWAS采用WES/WGS的限制因素。此外,我们在任何群体中检测罕见变异关联(微小等位基因频率<0.01)的能力很低,这是因为在非常大的队列中需要WGS/WES。通过应用基于聚合的测试而不是单一变量测试,可以在一定程度上克服这一限制。例如,最常见的聚合方法是基于基因的测试,但也可以应用基于路径的测试。

        GWAS确定了与AD相关的常见和罕见的变异,但这些方法往往没有识别变异影响的特定基因、细胞类型或组织,以调节疾病风险。为了解决这一缺点,综合基因组学方法将遗传数据与表观基因组、转录和蛋白质组数据相结合,以更好地了解变异的生物学效应及其如何影响感兴趣的性状表达(EQTL)研究将遗传和转录切割数据联系起来,以确定与附近(顺式eQTL)或远端(反式eQTL)基因表达水平相关的变体。重要的是,有必要使用孟德尔随机化等因果推理方法来支持这样的假设,即SNP的QTL效应是其对AD风险影响的中介。

        已经开发了其他基因组方法来确定位于非编码区(例如,启动子和增强子)的变异对近端和远端靶基因表达的影响。这些方法侧重于测量组蛋白修饰或组蛋白可及性的变化,组蛋白修饰或组蛋白可及性直接与GRE的活性有关,并间接与其目标基因表达有关。染色质免疫沉淀和测序(CHIP-SEQ)确定基因组中与特定的组蛋白修饰和转录因子(TF)相关的区域。染色质的可及性通过转座酶可及染色质的测定来衡量,然后进行测序(ATAC-SEQ)以鉴定与转座酶和其他DNA结合蛋白结合的DNA。染色质环是通过染色质构象捕捉分析来测量的,如Hi-C。

        分层LD分数回归(S-LDSC)是一种基于特定细胞类型的功能基因组注释来划分GWASNP遗传性的方法,已被应用于复杂疾病性状的候选因果细胞类型的提名。S-LDSC估计了全基因组SNP遗传性的比例,这是由位于功能基因组注释中的变异解释的,同时考虑了SNP中的LD。此外,它还调整了不特定于任何细胞类型的注释类,确保在存在的情况下观察到细胞类型的丰富。

        人类遗传学和功能基因组学提示髓系细胞参与AD发病

        遗传学研究一直表明先天性免疫系统的髓系细胞与阿尔茨海默病的病因有关。有相关研究发现,常见的AD风险等位基因在单核细胞而不是T淋巴细胞中对cis-eQTL的影响更丰富,这表明与AD相关的常见单倍型影响先天细胞而不是获得性免疫系统中的基因表达。其他研究发现,在220种细胞类型的注释集合中,外周髓系细胞(血液单核细胞和巨噬细胞)特有的表观基因组注释中显著丰富了与AD相关的常见非编码变体。使用组蛋白标记的CHIP-SEQ和ATAC-SEQ来识别增强子和启动子,这些增强子和启动子使用从四种主要脑细胞类型(神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞)分离的人核。他们确定,与AD风险相关的常见非编码变体特定富含小胶质细胞增强剂,没有证据表明其他脑细胞类型富含。这与精神疾病形成对比,在精神疾病中,浓缩更广泛地分布在所有四种测试的细胞类型中。对这一观察结果进行了扩展,表明常见的AD风险等位基因特异性地富含在单核细胞、巨噬细胞和小胶质细胞的活性(而不是稳定的)增强剂中。

        这些观察结果有几个重要的含义。首先,虽然AD风险等位基因在包括小胶质细胞在内的髓系细胞特有的表观基因组注释中丰富,但这些丰富的程度在不同类型的髓系细胞中并没有太大差异,从而明确排除了外周髓系细胞或其他脑巨噬细胞与小胶质细胞相反的因果作用。其次,由于AD风险等位基因主要位于增强子中,由增强子调控的介导因果SNP对疾病易感性的影响的基因可能位于距离增强子一段距离的位置,甚至可能不在GWAS基因座之下,其启动子通过染色质环与因果增强子物理上的接近(图2)。第三,由于平均而言,一个增强子调控一个以上的基因,一个基因受到不止一个增强子的调控,在因果SNP影响其活性的增强子的调控影响下,AD风险SNP的因果效应可以由多个基因介导(例如,通过破坏TF的结合)。类似地,一个因果基因可以受到多个因果调节SNPs/增强子的影响,即使在不同的细胞类型或状态下也是如此。第四,由于常见的AD风险变异大多位于髓系特异性增强子中,AD风险基因没有必要在髓系细胞中特异性或高水平表达。是增强的调节活性,而不是基因表达水平,为髓系细胞提供了因果基因表达效应的特异性。例如,BIN1广泛表达于所有类型的脑细胞,但BIN1基因座上的先导SNP位于小胶质细胞特异性增强子内,仅影响BIN1在小胶质细胞中的表达,通过对该增强子诱导的多能干细胞(IPSCs)、神经元、星形胶质细胞及其衍生的小胶质细胞的实验操作证明了这一点。

        因此,同样的基因在小胶质细胞/巨噬细胞中可能是因果的(即,介导因果SNP对AD风险的影响),但在神经元或其他类型的细胞中不是。应该指出的是,这些方法只能提名候选的因果变异/GRE/基因/细胞/通路。为了得出这些遗传和生物因素确实是因果关系的结论,将需要强有力的证据来证明,针对它们的实验干预(例如,在多个随机临床试验中使用旨在调节候选因果基因或通路的高选择性活性的药物)可以导致统计上和临床上显著的AD风险改变。

        WES和SNP阵列GWAS研究发现,与其他脑细胞类型相比,小胶质细胞中高表达的基因中与AD相关的罕见编码变体,并在髓细胞中发挥重要作用。此外,在最近的AD GWAS中确定的候选因果基因中,22%也是人类小胶质细胞标志基因(图1)。总之,大量证据支持这样一种观点,即与AD相关的大多数基因变体都会影响髓细胞中具有重要作用的基因的一级结构或表达水平,从而影响其活性。随着更多罕见的变异被发现,其他细胞类型可能存在遗传风险。然而,根据常见变异风险空间(MAF>0.05)中的现有知识,大多数AD风险等位基因指向髓系细胞作为最可能的候选致病细胞类型。

        在通过GWAS鉴定AD相关基因座并通过精细定位在这些基因座上提名候选致病变异株、GRE和基因后,了解它们在生物学和病理生物学中的作用很重要(图3)。有时,过度表达或缺乏感兴趣基因的小鼠模型是可用的,或者可以生成并与“AD”小鼠模型或其他疾病相关过程模型(例如,与年龄相关的髓磷脂降解)杂交。然而,重要的是要考虑到小鼠和人类之间的差异,而人性化模型对于临床前研究的可翻译性至关重要。经基因修饰以改变AD风险GRE或基因中基因表达水平或携带特定等位基因的iPSC可分化为多种细胞类型,如iMGL(iPSC衍生的小胶质细胞),然后在体外研究人类小胶质细胞功能。此外,为了描述不同细胞类型之间的相互作用,3D培养技术代表了一种更为生理的环境。为了在体内评估人类小胶质细胞的功能,小鼠中的iMGL异种移植最近也成为一种有吸引力的工具。

        AD基因结构的功能解释:一个工作假设

        髓细胞包括一组先天免疫系统的细胞,包括粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞。小胶质细胞是脑实质的驻留巨噬细胞,在维持和恢复组织稳态和先天免疫反应中发挥着关键作用。它们持续监测其微环境,并在正常条件下,通过释放神经营养因子和清除大脑中的“废物”(蛋白质聚集体、不需要的突触、营养不良的神经轴突、凋亡细胞、髓磷脂碎片等)来促进脑组织的稳态,小胶质细胞启动有益的先天免疫反应,如果需要,还可以招募免疫系统的适应性臂。不能启动或解决这些免疫反应可能是不适应的,对大脑功能和健康有害。

        1907年,Alois Alzheimer首次在AD患者的大脑中描述了小胶质细胞增殖和反应性形态学(小胶质细胞增生),由于当时没有意识到胶质细胞类型之间的区别,因此称为胶质细胞增生症。小胶质细胞的功能和形态状态取决于疾病的空间位置和阶段。与斑块相关的小胶质细胞表现出变形虫形态,而位于远端的小胶质随着时间的推移仅表现出微小的变化。小胶质细胞对脑损伤的反应性随着疾病进展而增强,与受病理影响的大脑区域相关,是认知功能障碍的预测因素。通过转录谱对小胶质细胞进行表征,极大地促进了我们对健康、老年和患病大脑中小胶质细胞的不同状态以及定义它们的标记基因的理解。从AD小鼠模型中分类的小胶质细胞的基因表达分析显示,数百个基因的表达发生了显著变化。

        这些研究确定了AD大脑中的多种小胶质细胞转录组状态。值得注意的是疾病相关的小胶质细胞(DAM)状态,在这种状态下,健康大脑中小胶质细胞特征基因(“稳态基因”,如CXC21、P2RY12、TMEM119和MERTK)的表达减少,而APOE、CD9、CLEC7A、CST7、IGF1、ITGAX/ CD11C和AXL等基因的表达高度上调。

        重要的是,在肥胖、脂肪肝疾病和动脉粥样硬化等富含脂质组织损伤的外周人类和小鼠巨噬细胞中,也观察到类似DAM(称为LAM,脂质相关巨噬细胞)的转录特征。因此,在衰老/脱髓鞘或神经变性过程中,小胶质细胞会对人体、大脑中最富含胆固醇/脂质的组织的损伤产生类似的反应也就不足为奇了。在AD大脑中,DAM细胞位于斑块附近(可能对斑块周围受损的神经pil做出反应),并随着疾病进展而增加。在AD小鼠模型中也发现了与DAM不同的其他微胶质亚群,定义为I型干扰素(IFN-I)和II类主要组织相容性复合体(MHC-II)。

        重要的是,虽然这些微神经胶质状态是由转录组特征定义的,但关于这些基因表达谱驱动的不同功能状态的信息却少得多。为了实现这一目标,DAM基因的通路分析强调了内吞/吞噬作用,胆固醇/脂代谢,先天免疫系统,以及(特别是灵长类动物与啮齿动物相比)阿尔茨海默病和凋亡细胞清除/泡泡作用。事实上,DAM标志中的许多诱导基因都是AD风险基因,为AD风险等位基因对老年或患病大脑中的核心小胶质细胞功能(如胞葬作用)的影响提供了进一步的证据。了解这些基因和途径在AD发病机制中的作用对于阐明疾病机制和确定潜在的治疗靶点至关重要。

        与DAM基因相似,对常见AD风险等位基因的通路分析也暗示了(1)内吞/吞噬作用,(2)胆固醇代谢,以及(3)自2010年以来AD病因中先天免疫系统的失调。随后,TREM2和ABCA7中罕见AD风险增加的亚型突变的发现不仅指出髓系细胞是AD的主要元凶,而且强烈表明上述三种病因途径不是独立的致病因素,它们可能是高阶生物过程的三个方面,该过程将它们作为髓系细胞致病中枢的功能成分连接起来。关于这一致病中枢可能是什么,第一条线索来自对AD风险基因座内基因的额外途径分析,指出“细胞的吞噬/吞噬”、“RXR:RXR激活”和“动脉粥样硬化信号”是AD风险基因最丰富的生物途径。事实上,众所周知,特别是在动脉粥样硬化研究领域和先天免疫应答由LXR:RXR胆固醇敏感核受体的激活协同调节,并与所有巨噬细胞的最基本的活动密切相关,即它们识别(“发现我”)、吞噬(“吃掉我”)和消化(“消化我”)的能力,并在称为传出细胞增生的多步骤过程中处理(“排泄物”)凋亡细胞和其他富含胆固醇的细胞废物(图4)。在大脑中,胞葬作用主要由小胶质细胞进行,通过消除无用的、受损的或有害的细胞和细胞碎片(例如,退化的神经元、淀粉样斑块、营养不良的神经突、髓鞘碎片和不需要的突触),对维持组织稳态和免疫耐受、炎症消退和组织修复至关重要。无法清除细胞废物可导致慢性炎症/自身免疫性疾病和脑白质营养不良等脑部疾病,通常与AD风险基因(如TREM2、GRN和EIF2B2)的严重功能丧失突变相关。

        这种对AD遗传结构的功能解释也得到了以下事实的有力支持:最成熟的AD风险基因(APOE、TREM2、ABCA7和PLCG2)对于脊椎动物骨髓吞噬细胞的高效泡胞作用是必要的,并且在线虫异常胞葬作用的遗传筛选中发现了几种已知或候选AD风险基因。因此,我们假设大量AD相关变体通过改变在胞葬作用中起关键作用的基因的功能或表达,从而导致其在中枢(小胶质细胞)和/或外周巨噬细胞中的功能失常,从而增加疾病风险。在本节中,我们将回顾AD风险基因,这些基因胞葬作用途径中具有已知或推定的作用。

        识别和吞噬:吞噬细胞调理素、受体和信号基因

        在“找到我”信号(如fractalkine/ CX3CL1、溶血磷脂和核苷酸)提示下,小胶质细胞向胞葬作用靶点迁移或延伸其突起。通过将凋亡细胞和其他细胞碎片表面暴露的“吃我”(和“不吃我”)信号与小胶质细胞表面的特定受体结合,可以识别和连接凋亡细胞(和避免健康细胞)等凋亡靶点。这些细胞表面受体中的一些是AD风险基因(TREM2、PILLA和SIGLEC11),这些受体下游的信号分子(PLCG2、BLNK、INPP5D、NCK2、RHOH、EED和ABI3)和胞葬作用靶点的调理素(APOE和CLU/APOJ)也是如此。

        髓样细胞2(TREM2)是一种AD风险基因,它与磷脂酰丝氨酸(PS)结合,磷脂酰丝氨酸是暴露在凋亡细胞和不需要的突触表面的典型“吃我”分子。它还结合其他阴离子和两性离子脂质,这些脂质由受损的髓磷脂释放。TREM2功能的丧失会导致髓磷脂碎片的胞葬作用受损,并改变小胶质细胞胆固醇代谢。它还减少了AD小鼠模型中斑块的压实,并增加了周围神经末梢的损伤。AD相关变体TREM2 R47H降低了TREM2对PS的亲和力,并与AD小鼠模型中小胶质细胞增殖减少、从稳态过渡到DAM状态的能力以及Aβ斑块周围聚集相关。此外,从TREM2 R47H载体衍生的人类iPSC系分化出的iMGL对PS暴露脂质体或凋亡细胞的反应显示出信号转导缺陷,pSYK-pERK1/2信号和NLRP3炎性体激活减少。缺乏TREM2的iMGL在通过“发现我”信号(凋亡细胞释放的ATP/ADP核苷酸)激活嘌呤能受体(如P2RY12)后表现出过度的Ca2+释放,损害了小胶质细胞对它们的趋化性。这些效应可能由PLCG2介导,已知PLCG2调节TREM2下游的Ca2+信号传导,吞噬、趋化和存活。PLCG2是一种AD风险基因,编码磷脂酶Cɣ家族成员,它将膜磷脂酰肌醇PI(4,5)P2切割成DAG和IP3,这是细胞内储存的钙释放所必需的信号转导分子,进而影响小胶质基因表达、吞噬、趋化和存活。PLCG2敲除(KO)表型Trem2功能丧失,导致髓鞘碎片胞葬作用受损,微胶质脂质代谢改变,向DAM样转录状态的缺陷转变。

        在AD大脑中,PLCG2表达上调,特别是在淀粉样斑块周围。保护性和轻微超形态的PLCG2 P522R罕见变体与小胶质细胞的存活率提高、吞噬功能增强和DAM标志基因表达增加相关。适配器蛋白BLNK将PLCG2招募到质膜,其中PI(4,5)P2在TREM2激活时定位),也被提名为候选AD风险基因。BLNK基因座中的前导SNP也是单核细胞、巨噬细胞和小胶质细胞中的BLNK eQTL。

        尽管其功能尚不清楚,但MS4A4A和MS4A6A是可能与TREM2和其他免疫受体相互作用的跨膜四跨蛋白。MS4A在小胶质细胞和外周免疫细胞中高度表达,并调节模式识别受体的活性,如小鼠体内的DAM标记Dectin-1(由Clec7a编码)。MS4A基因座内的AD相关SNP与髓系细胞中较低的MS4A4A和MS4A6A表达相关,这赋予了保护性表型。更具体地说,一个候选功能变体rs636317已经在iMGL中被识别和验证。MS4A基因簇中的常见变体也与脑脊液(CSF)中的可溶性TREM2水平相关,表明MS4A4A/6A水平与TREM2活性之间存在功能联系。与TREM2类似,已提出MS4A家族成员作为脂质受体。

        AD GWAS还涉及多种抑制性免疫受体,它们结合唾液酸(“不吃我”信号),并通过“吃我”(如PS)信号来对抗TREM2的激活。CD33(在一些但不是所有的GWAS研究中)和PILLA基因座中已报告了保护性变体,而SIGLEC11基因座中报告了风险增加等位基因。CD33保护性变体改变了CD33的选择性剪接,减少了包含唾液酸结合结构域的外显子的包含。类似地,PILRA中的保护性G78R氨基酸取代导致唾液酸暴露配体的结合减少>50%。

        因此,有人提出,CD33和PITRA变体通过小胶质细胞中的“不要吃我”信号减少抑制性信号来保护个体免于AD。SIGLEC11基因座中的AD相关SNP也是单核细胞、巨噬细胞和小胶质细胞中SIGLEC11的eQTL。这些“不要吃我”信号受体的抑制活性部分由INPP5D介导,该基因位于一个基因座中,GWAS一直与AD风险相关。INPP5D编码SHIP1,这是一种磷脂酰肌醇磷酸酶,水解PI(3,4,5)P3,以防止PI(3,1,4,5)P3-结合效应蛋白(例如,Vav家族蛋白)的募集,后者通过BLNK和PLCG2介导TREM2等“吃我”信号受体下游的免疫刺激信号。

        吞噬细胞摄取通过调节胞葬作用而增强。从这个意义上讲,APOE通过充当调理素,包裹凋亡细胞和其他底物,以促进其被小胶质细胞表面的受体(如TREM2和SORL1)识别和束缚,在胞葬作用中发挥重要作用。两个编码变体(rs429358T>C编码Cys112Arg取代和rs7412C>T编码Arg158Cys取代)定义了三种多态性APOE等位基因和蛋白质亚型:。这些编码变体决定了人类的六种APOE基因型(ε2/ε2、ε2/ε3ε3/ε3、ε2/ε4、ε3/ε4和ε4/ε4),从AD的最低风险到最高风险。APOE在星形胶质细胞中高度表达,但在小胶质细胞中表达上调以应对组织损伤,已被确定为关键的DAM标志物。重要的是,APOE亚型和基因型已被证明对胞葬作用有不同的影响。在体外,与APOE3相比,分泌的APOE2增加,APOE4降低星形胶质细胞吞噬突触小体的速率。与APOE33 KI小鼠相比,APOE22 KI小鼠体内补体标记的衰老突触的消除增加,APOE44 KI小鼠体内减少。几项WGS/WES研究已确定APOE中影响AD风险的其他罕见编码变体,包括保护性“Christchurch”和“Jacksonville”变体,但尚未研究其对胞饮作用的影响。

        另一种作为凋亡细胞调理素并与AD风险相关的载脂蛋白是clusterin(也称为APOJ),由CLU基因编码。虽然在星形胶质细胞中表达更高,但APOJ也可能在小胶质细胞中发挥作用。在小鼠原代小胶质细胞和人类单核细胞衍生的巨噬细胞中,APOJ是脂蛋白的载脂蛋白成分之一,与TREM2结合并被TREM2吸收。此外,Aβ与含APOJ的脂蛋白结合有助于小胶质细胞吸收Aβ。在外周巨噬细胞中,CLU增强了体外和体内的传出细胞增生。

        在识别出由传出细胞靶分泌或暴露的“找到我”或“找到我的”信号后,小胶质细胞重新排列肌动蛋白细胞骨架以向其迁移并吞噬货物。在连接受体与肌动蛋白细胞骨架重塑的信号转导级联中,NCK2、RHOH、EED和ABI3被提名为AD风险基因。NCK2是一种调节免疫细胞受体活化和肌动蛋白聚合动力学的信号衔接蛋白。使用罕见变异插补的GWAS荟萃分析确定了NCK2中的一个罕见变异(rs143080277)与AD的新关联。RHOH是小鸟苷三磷酸酶(GTPases)Rho家族的成员(例如,RHOA、RAC1和CDC42),它们在胞葬作用期间充当肌动蛋白细胞骨架重排的主调节器。胚胎外胚层发育(EED)位于PICALM基因座,是多梳抑制复合物2(PRC2)的蛋白质亚基。AD相关SNPs位于小胶质细胞增强子中,该增强子与启动子接触,似乎调节EED和磷脂酰肌醇结合网格蛋白组装蛋白(PICALM)的表达。

        据报道,PRC2在T细胞细胞质中的免疫受体介导的信号传导中发挥作用,在那里它与T细胞受体下游的NCK蛋白相互作用,影响肌动蛋白细胞骨架重塑,这表明EED也可能影响免疫受体信号传导和小胶质细胞中的肌动蛋白细胞骨架重排。ABI3是Abelson相互作用子(ABI)家族的成员,在传出细胞增生期间调节肌动蛋白细胞骨架重排。ABI3中一种罕见的编码变体(S209F)与AD风险增加相关。在AD小鼠模型中,Abi3缺失增加了可溶性和不溶性Ab水平和斑块负荷,减少了斑块周围的小胶质细胞聚集,并导致突触功能障碍。与这些观察结果一致,体外实验表明,Abi3敲除会损害小胶质细胞的迁移和吞噬作用。ABI3最近被提出作为AD生物标志物。AD患者血清、脑脊液和外周血单个核细胞中ABI3水平降低。

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