小胶质细胞和补体介导亨廷顿病早期皮质纹状体突触丧失和认知功能障碍

小胶质细胞通过补体级联介导症状前亨廷顿病皮质纹状体突触的早期和选择性变性和认知缺陷的发展。

　　

摘要

亨廷顿氏病(HD)是一种破坏性的单基因神经退行性疾病，其特征是基底节区早期选择性病理，尽管突变亨廷顿蛋白普遍表达。这种区域特异性神经元变性的分子机制以及这些机制与早期认知表型的发展之间的关系尚不清楚。在这里，我们发现在HD患者的死后组织中，皮层和纹状体之间的突触连接存在选择性丧失，这与补体蛋白(先天免疫分子)对这些突触元素的激活和定位增加有关。我们还发现，这些分泌的先天免疫分子水平在先期HD患者的脑脊液中升高，并与疾病负担的既定指标相关。

在HD的临床前遗传模型中，我们发现补体蛋白在疾病发病的早期阶段介导皮质纹状体突触的选择性消除，标志着它们被小胶质细胞(大脑的巨噬细胞群体)移除。这一过程需要突变的亨廷顿蛋白在皮层和纹状体神经元中同时表达。通过治疗相关的C1q功能阻断抗体或小胶质细胞上补体受体的基因消融来抑制这种补体依赖性消除机制，可以防止突触丢失，增加纹状体的兴奋性输入，并挽救这些模型中视觉辨别学习和认知灵活性缺陷的早期发展。总之，我们的研究结果提示小胶质细胞和补体级联在症状前HD患者皮质纹状体突触的选择性早期变性和认知缺陷的发展中起作用;它们还提供了新的临床前数据，支持补体作为早期干预的治疗靶点。

主要内容

亨廷顿氏病(HD)是最常见的常染色体显性神经退行性疾病。其特征为进行性运动、认知和精神症状，表现期通常发生在45岁左右。目前，还没有治疗方法可以改变疾病的发生或进展。

HD是由HTT (huntingtin)基因的CAG重复扩增突变引起的，该基因在突变的huntingtin蛋白中编码扩增的聚谷氨酰胺(PolyQ)通道。基于这一遗传发现，已经产生了多种转基因动物模型来询问该疾病的潜在生物学特性;然而，驱动基底神经节回路早期和选择性退化的分子机制以及这些与认知表型的关系仍然知之甚少。皮质纹状体通路连接皮层中的脑外束和锥体束神经元与纹状体中的中棘神经元(MSNs)和胆碱能中间神经元(ChIs)，在疾病进展的早期阶段受到影响。小鼠模型的电生理记录以及疾病前期HD患者的结构和功能成像显示，该通路的白质结构和功能连接发生改变，这与更快的认知能力下降有关。突触标记物水平的降低表明皮质纹状体突触丢失，但尚不清楚这种丢失是否发生在运动和认知缺陷发生之前，也不清楚为什么皮质纹状体突触是选择性易损的。

对阿尔茨海默病和额颞叶痴呆小鼠模型的研究表明，突触丧失与经典补体级联成分之间存在联系，补体级联是一组分泌的“吃我”信号，在发育过程中和疾病环境中介导小胶质细胞对突触成分的识别和吞噬。虽然这种突触消除机制从未在HD中被探索过，但转录谱分析、脑成像以及患者来源的血清和脑脊液(CSF)分析表明，在先兆HD患者中，神经免疫状态发生了改变。在小鼠模型中，也发现小胶质细胞在疾病的症状期表现出形态改变、运动缺陷和转录谱改变。另外，转录组学研究发现，HD患者死后组织基底神经节中补体蛋白及其调节因子的表达增加，这表明补体蛋白和小胶质细胞失调。然而，补体和小胶质细胞都没有在疾病的早期阶段进行研究，并且尚不清楚它们是否有助于突触丧失或HD患者早期认知缺陷的发展。

通过整合死后HD脑样本和两个临床前HD小鼠模型的研究结果，我们提供了证据，证明小胶质细胞和补体协调选择性地靶向皮质纹状体突触，以便在背纹状体中早期消除-这一过程只有在皮层和纹状体神经元中同时表达突变HTT (mHTT)时才会启动。在HD模型中，通过给予治疗性C1q功能阻断抗体(ANX-M1, Annexon Biosciences)或小胶质补体受体3 (CR3/ITGAM)的基因消融来抑制突触消除，可减少皮质纹状体突触的丧失，并改善疾病进展早期的视觉辨别、学习和认知灵活性障碍。我们进一步表明，这种病理性突触消除机制的各个方面可能在表现前的HD患者中起作用，因为HD患者脑脊液中的补体蛋白水平与病理严重程度和疾病发作的既定预测因子相关。