《Cell》：Transcriptional regulation by PHGDH drives amyloid pathology in Alzheimer’s disease
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多数 65 岁以上人群会出现阿尔茨海默病（AD）早期病理特征，但大多无致病突变且部分不携带 APOE4 风险等位基因。研究人员针对此开展 PHGDH 在 AD 中作用的研究。结果发现 PHGDH 转录调控可驱动淀粉样病变，靶向其转录功能的抑制剂能改善 AD 症状，为 AD 治疗提供新策略。
在人口老龄化加剧的当下，阿尔茨海默病（AD）已成为严重威胁老年人健康和生活质量的 “沉默杀手”。几乎所有 65 岁以上的人都会出现至少早期的 AD 病理变化，然而，大多数患者并没有 APP、PSEN 或 MAPT 等已知的致病突变，而且许多人也不携带 APOE4 风险等位基因。这让科学界十分困惑：AD 究竟是如何在普通人群中发展起来的呢？传统观念里，转录失调并非 AD 的典型特征，但近年来的研究发现，晚发性阿尔茨海默病（LOAD）患者存在显著的表观基因组变化 。在这样的背景下，探寻新的生物标志物和致病机制，成为攻克 AD 难题的关键。
为了揭开 AD 发病机制的神秘面纱，来自美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员 Junchen Chen、Fatemeh Hadi、Xingzhao Wen 等开展了深入研究，相关成果发表在顶尖学术期刊《Cell》上。这项研究意义重大，它不仅揭示了 AD 发病机制的新奥秘，更为开发新型治疗策略提供了重要理论依据。
研究人员运用了多种关键技术方法来开展研究。在细胞和动物模型方面，使用了 3xTg-AD 小鼠、5XFAD 小鼠、APP-KI 小鼠以及人胚胎干细胞来源的脑类器官（BOs） 。通过这些模型，模拟 AD 的病理过程。在分子生物学技术上，运用染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）和单细胞 RNA 测序（snRNA-seq）分析基因表达调控和细胞类型特异性表达变化。此外，还利用了免疫染色、蛋白质免疫印迹（Western blot）、实时定量 PCR（RT-qPCR）等技术来检测蛋白和基因表达水平。
研究结果如下：
- PHGDH 过表达诱导 Aβ 产生：通过在 3xTg-AD 小鼠和野生型（WT）小鼠的星形胶质细胞中过表达 PHGDH，发现能诱导 Aβ 积累，且该过程不依赖于 FAD 突变。在 PHGDHtetO/+::GFAP-rtTAM2+/ 双转基因小鼠中也得到了类似结果，表明 PHGDH 过表达可促进 Aβ 升高，但单独过表达不足以完全复制 AD 的所有病理特征。
- LOAD-BOs 中星形胶质细胞的 PHGDH 表达升高：利用人 BOs 模拟 LOAD 病理过程，发现 LOAD-BOs 中星形胶质细胞的 PHGDH 表达显著高于正常 BOs，且该升高与 Aβ 病理变化密切相关。
- 抑制星形胶质细胞的 PHGDH 减轻 AD 相关病理变化：在 LOAD-BOs 中，使用靶向 PHGDH 的短发夹 RNA（shRNA）抑制其表达，可减少 Aβ 聚集体、突触损失和细胞凋亡，且不影响 p-Tau 水平。
- PHGDH 的病理作用不依赖其酶活性：构建酶活性缺失的 PHGDH（PHGDH-ED）突变体，发现其在 LOAD-BOs 中仍能加剧 Aβ 积累、突触损失和细胞凋亡，与 PHGDH-WT 作用无显著差异，说明 PHGDH 的病理作用不依赖其酶活性。
- 核定位的 PHGDH 调节基因表达：研究发现 PHGDH 在星形胶质细胞和神经干细胞（NSCs）中存在核定位现象。ChIP-seq 分析表明，PHGDH 与启动子区域结合，且其结合依赖于螺旋 - 螺旋 - 转角 - 螺旋（HHTH）结构域。功能富集分析显示，PHGDH 结合的启动子与神经退行性疾病相关。在 U87MG 细胞中，过表达 PHGDH 能调节多个基因的表达，且该调节作用依赖于其核定位，而非酶活性。
- PHGDH 调节 IKKα 和 HMGB1 表达：通过整合多种数据分析，确定 IKKα 和 HMGB1 为 PHGDH 的潜在转录靶基因。在 U87MG 细胞和 BOs 中，PHGDH 能激活 IKKα 和 HMGB1 的启动子，促进其表达，且该过程依赖于 HHTH 结构域，而非酶活性。在体内实验中，dox 处理的 PHGDHtetO/+::GFAP-rtTAM2+/ 双转基因小鼠中，IKKα 和 HMGB1 的表达也升高。
- PHGDH 通过 IKKα 和 HMGB1 促进 AD 病理变化：在 LOAD-BOs 中，PHGDH 激活能刺激 IKKα 和 HMGB1，进而诱导 NF-κB 和 mTOR 激活，抑制自噬。同时敲低 IKKα 和 HMGB1 能有效减轻 PHGDH 过表达诱导的 AD 相关病理变化。
- 小分子化合物改善 AD 病理变化：小分子化合物 NCT-503 能抑制 PHGDH 的转录调节活性，改善 LOAD-BOs 和 5XFAD 小鼠的 AD 相关病理变化。在 APP-KI 小鼠中，NCT-503 能减轻焦虑样行为，改善空间记忆，且该改善与 Aβ 病理变化的减轻相关。
研究结论和讨论部分指出，PHGDH 作为 LOAD 的重要生物标志物，其转录调控活性在 AD 发病机制中起着关键作用，独立于其酶活性。研究揭示了 PHGDH - IKKα - HMGB1 调节轴，为 AD 治疗提供了新的潜在靶点。此外，研究还发现 Aβ 在无病理性 tau 的情况下也能导致突触功能障碍和神经元损失，进一步支持了 tau 非依赖性神经退行性变途径的存在。虽然该研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性，如未在 FAD 小鼠模型中使用基因敲除（KO）策略研究 PHGDH 的作用，未对 IKKα 和 HMGB1 进行 KO 实验，仅测试了部分 PHGDH ChIP-seq 峰的 DNA 基序等 。未来的研究可以针对这些局限性展开，进一步深入探索 AD 的发病机制和治疗策略。
