人类小胶质细胞在体内对β-淀粉样蛋白、tau蛋白以及阿尔茨海默病的联合病理变化表现出不同的反应

《Alzheimers & Dementia》：Human microglia differentially respond to β-amyloid, tau, and combined Alzheimer's disease pathologies in vivo

人类小胶质细胞在联合Aβ和tau病理下的rod形态及干扰素响应机制研究。通过构建携带Aβ斑块和tau神经纤维缠结的转基因小鼠模型，移植人类诱导多能干细胞来源的小胶质前体细胞，结合单细胞转录组测序和免疫组化分析，发现混合病理显著诱导人类小胶质细胞rod形态，并增强干扰素I型信号通路及促炎细胞因子表达，同时加剧海马CA1区神经元丢失。研究揭示了AD病理协同作用对人类小胶质细胞功能重塑的关键影响

　　本文主要探讨了人类小胶质细胞在阿尔茨海默病（AD）病理下的反应差异。研究发现，小胶质细胞对β-淀粉样蛋白（Aβ）和tau蛋白病理的反应具有显著的物种依赖性，这提示我们，有必要更深入地了解人类小胶质细胞如何在AD的两种主要病理特征——Aβ斑块和tau蛋白缠结——共同作用下的反应机制。为了探索这一问题，研究人员利用了一种新型的嵌合小鼠模型，该模型能够模拟人类AD病理，并且允许对小胶质细胞的反应进行研究。通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）、免疫组化和体外模型，研究揭示了在Aβ和tau病理共同存在的情况下，人类小胶质细胞表现出独特的转录特征和形态变化。

在背景部分，研究者指出，AD是一种以Aβ斑块和tau蛋白缠结为特征的进行性神经退行性疾病。全基因组关联研究（GWAS）显示，许多与AD风险相关的基因在小胶质细胞中高度或特异性表达。然而，由于小鼠和人类在这些基因上的同源性有限，使得我们对小胶质细胞在AD病理中的作用理解仍然有限。为了弥补这一缺陷，研究团队开发了新的嵌合小鼠模型，以更准确地模拟人类小胶质细胞在AD病理下的反应。他们通过将人类小胶质细胞前体移植到免疫缺陷、异种耐受的小鼠中，构建了多种基因型的小鼠模型，包括hWT（野生型）、h5XFAD（Aβ病理模型）、hPS19（tau病理模型）以及hPS-5X（Aβ和tau病理共存模型）。这些模型使得研究人员能够在体外和体内环境中更全面地研究人类小胶质细胞对AD病理的反应。

在方法部分，研究团队详细描述了他们如何构建这些嵌合小鼠模型，以及如何采集和处理人类小胶质细胞。他们首先从诱导性多能干细胞（iPSC）中分化出小胶质细胞前体，并将其移植到小鼠中，以研究这些细胞在AD病理下的反应。随后，他们使用免疫组化、免疫细胞化学和共聚焦显微镜等技术，对小鼠脑组织进行分析。此外，为了研究小胶质细胞在不同病理条件下的转录反应，他们还采用了单细胞RNA测序技术，并通过一系列统计分析方法，如差异比例分析（DPA）和伪批量分析，来评估不同基因型小鼠中人类小胶质细胞的反应差异。

研究结果显示，Aβ和tau病理在小鼠中能够独立地诱导小胶质细胞的转录反应，但两者共同存在时，会显著增强小胶质细胞的I型干扰素反应，并促进一种独特的“杆状”小胶质细胞表型的发展。这种杆状表型在小胶质细胞中表现出显著的形态变化，且与tau病理和神经退行性变化密切相关。此外，研究团队还发现，这种杆状小胶质细胞表型可以通过体外的I型干扰素处理来诱导，这为理解小胶质细胞在AD病理下的反应机制提供了新的视角。

进一步的分析表明，Aβ和tau病理对小胶质细胞的影响在不同基因型之间存在显著差异。例如，hPS-5X小鼠中，小胶质细胞表现出更高的I型干扰素反应和更显著的杆状形态，这可能与它们对两种病理的协同作用有关。此外，研究团队通过基因本体（GO）网络分析，揭示了小胶质细胞在不同病理条件下的功能变化，包括对刺激的反应、I型干扰素响应、疾病相关小胶质细胞（DAM）的形成以及细胞因子和趋化因子的表达变化。这些结果表明，Aβ和tau病理可能通过不同的分子机制影响小胶质细胞的功能。

在体外实验中，研究人员对小胶质细胞施加不同的刺激，以观察它们的形态变化和转录反应。结果表明，I型干扰素（如IFNα和IFNβ）能够显著诱导小胶质细胞的杆状形态，而II型干扰素（如IFNγ）或经典的炎症刺激（如LPS+ATP）则没有这种效果。这说明，杆状小胶质细胞的形成可能与I型干扰素信号通路密切相关。此外，体外处理后的小胶质细胞的基因表达分析显示，I型干扰素处理显著上调了多个与干扰素响应相关的基因，如MX1、OAS1/2/3、CCL2/3、CD163和SPP1，而对CD9等DAM相关基因的影响则相对较小。这些结果支持了杆状小胶质细胞表型可能与干扰素信号通路有关的假设。

研究团队还发现，杆状小胶质细胞的出现与tau病理密切相关。通过共聚焦显微镜分析，他们发现杆状小胶质细胞在hPS-5X小鼠中与tau缠结的神经元树突紧密接触，这提示杆状小胶质细胞可能在神经元功能中起到重要作用。此外，杆状小胶质细胞的出现还与CA1区的神经元密度呈负相关，表明它们可能是在神经元退行过程中产生的。这些发现为理解小胶质细胞在AD病理中的作用提供了新的线索，同时也表明，Aβ和tau病理可能通过不同的分子机制共同影响小胶质细胞的功能。

尽管研究提供了许多有价值的发现，但研究团队也指出了该研究的局限性。例如，由于样本量较小，可能会影响对某些转录变化的统计显著性。此外，剩余的小鼠小胶质细胞可能对人类小胶质细胞的反应产生一定影响，因此未来的研究需要进一步优化模型，以实现完全的人类小胶质细胞替代。此外，虽然杆状小胶质细胞的出现与干扰素信号通路相关，但其是否直接由Aβ或tau病理诱导，仍需进一步研究。

总的来说，这项研究为理解人类小胶质细胞在AD病理下的反应机制提供了重要的新视角。通过构建新的嵌合小鼠模型，研究人员能够更精确地模拟人类AD病理，并利用先进的技术手段，如单细胞RNA测序和共聚焦显微镜，揭示了小胶质细胞在面对Aβ和tau病理时的转录和形态变化。研究还发现，杆状小胶质细胞可能在AD的神经退行过程中起到关键作用，这一发现可能为未来的AD治疗策略提供新的思路。未来的研究需要进一步探索杆状小胶质细胞的具体功能，以及它们在AD病理中的潜在作用，这将有助于我们更全面地理解AD的发病机制，并开发更有效的治疗手段。