聚集蛋白聚糖通过调控小胶质细胞反应抑制阿尔茨海默病斑块沉积的关键机制

本研究针对阿尔茨海默病(AD)中细胞外基质(ECM)功能障碍的病理机制，通过构建5xFAD/Acan条件敲除小鼠模型，首次揭示了聚集蛋白聚糖(ACAN)缺失导致神经元周围网络(PNNs)结构破坏，进而加剧β淀粉样蛋白(Aβ)斑块沉积的分子机制。研究发现ACAN缺失会损害小胶质细胞对斑块的包绕能力，同时上调疾病相关小胶质细胞(DAM)表型，但意外减轻了神经突营养不良。该研究为理解ECM在AD病理中的作用提供了新视角，发表于《Cell Reports》。

　　

阿尔茨海默病(AD)作为最常见的神经退行性疾病，其两大病理特征——β淀粉样蛋白(Aβ)斑块和神经原纤维缠结早已为人熟知。然而，在这些显性病理改变背后，大脑微环境的变化却长期被忽视。近年来，科学家们逐渐认识到细胞外基质(ECM)在神经系统中的重要作用，特别是那些像"蕾丝花边"般包裹在神经元周围的特殊结构——神经元周围网络(Perineuronal nets, PNNs)。这些由聚集蛋白聚糖(Aggrecan, ACAN)等分子构成的网状结构，不仅维持着神经元的微环境，还可能影响着AD的病理进程。

美国加州大学欧文分校(University of California, Irvine)的Rocio A. Barahona等研究人员在《Cell Reports》发表的重要研究，首次系统揭示了ACAN通过调控小胶质细胞功能影响AD病理的全新机制。研究团队发现，在AD模型小鼠和患者大脑中，PNNs结构存在显著破坏，而这种破坏可能与斑块沉积密切相关。为了探究其中的因果关系，他们创造性地构建了在神经谱系细胞中特异性敲除Acan基因的5xFAD小鼠模型(5x ACAN cKO)，通过多组学方法揭示了ECM与神经免疫相互作用的复杂机制。

研究采用了多项关键技术：1)构建Nestin-Cre介导的神经细胞特异性Acan条件敲除小鼠模型；2)运用Amylo-Glo染色和ELISA定量分析Aβ斑块沉积；3)通过免疫荧光染色评估小胶质细胞(IBA1⁺)与斑块的相互作用；4)采用NanoString CosMx空间转录组技术(1000基因Panel)在单细胞分辨率解析基因表达谱；5)结合细胞因子阵列分析神经炎症状态。所有实验均在4月龄和8月龄小鼠中进行，以追踪年龄和病理进展的影响。

研究结果呈现了一系列重要发现：

"通过ACAN缺失实现PNNs的组成性全脑敲除"显示，在5xFAD小鼠中，WFA⁺和ACAN⁺ PNNs均显著减少，且这种减少与年龄和病理进展相关。通过基因敲除建立的5x ACAN cKO小鼠完全缺失PNNs结构，同时伴随Dandelion clock-like structures(DACS)等ECM结构的改变。

"缺乏聚集蛋白聚糖导致5xFAD小鼠淀粉样斑块负荷增加"部分发现，ACAN缺失导致8月龄小鼠皮层Aβ斑块体积和数量显著增加，斑块球形度降低，且这种效应在PNN富集区(如皮层)最为明显。有趣的是，在缺乏PNNs的脑区(如穹窿)未观察到类似变化。ELISA分析进一步显示可溶性Aβ40和Aβ42水平升高。

"缺乏聚集蛋白聚糖损害小胶质细胞对斑块的反应"部分揭示，ACAN缺失导致小胶质细胞与斑块的共定位体积减少，斑块相关小胶质细胞(PAM)覆盖率下降。尽管总小胶质细胞数量未变，但细胞因子检测显示IL-1β和IFN-γ水平升高，提示炎症状态改变。

"靶向空间转录组学分析揭示缺乏聚集蛋白聚糖时小胶质细胞呈现增强的DAM表型"通过单细胞分辨率的空间转录组发现，5x ACAN cKO小鼠的疾病相关小胶质细胞(DAM)高表达Apoe、Trem2等基因，但抗原呈递相关基因(如MHC II类分子)表达下调。进一步亚群分析显示，具有抗原呈递特征的DAM亚群比例显著降低。

"小胶质细胞的亚群分析显示缺乏聚集蛋白聚糖时抗原呈递细胞减少"部分通过CD11c染色证实，ACAN缺失小鼠中表达CD11c的小胶质细胞减少，这与空间转录组发现的Itgax(CD11c编码基因)表达变化一致，表明小胶质细胞的免疫功能受损。

"缺乏聚集蛋白聚糖改变AD中的营养不良性神经突"部分出人意料地发现，尽管斑块负荷增加，但ACAN缺失小鼠的LAMP1⁺营养不良性神经突反而减少，这种"保护效应"在PNN富集区最为明显，提示小胶质细胞屏障功能的改变可能影响神经突病理。

这项研究的重要结论在于：PNNs核心成分ACAN的缺失会加剧AD病理，这种作用主要通过影响小胶质细胞功能实现。一方面，ACAN缺失损害小胶质细胞包绕斑块的能力，导致Aβ清除障碍和斑块沉积增加；另一方面，它促使小胶质细胞向特定DAM表型转化，虽然增强了某些激活标记物的表达，却削弱了抗原呈递功能。尤为有趣的是，这种变化意外减轻了神经突营养不良，提示斑块毒性与其引发的神经突病变可能通过不同机制介导。

该研究的突破性意义在于：首次确立了ACAN-PNNs系统作为调节小胶质细胞功能的ECM平台，为理解AD中ECM-免疫-神经元的三方对话提供了新框架。研究发现ACAN缺失导致的斑块增加与神经突病变减轻的"悖论"，挑战了传统认知，暗示针对PNNs的治疗可能需要更精细的时空调控。未来研究可探索：1)特定神经元类型PNNs的差异作用；2)CS-GAG链修饰的动态变化；3)ACAN缺失影响小胶质细胞功能的精确机制。这些发现为开发基于ECM调控的AD治疗策略提供了重要理论依据。