阿尔茨海默病患者脑内细胞类型特异性昼夜节律重构揭示核糖体功能障碍与病理新机制

本研究通过单核RNA测序(snRNA-seq)技术重构了阿尔茨海默病(AD)患者大脑皮层细胞类型特异性昼夜节律图谱，发现AD在保留核心生物钟功能的同时，显著破坏了核糖体生物合成和氧化磷酸化相关基因的节律性表达。华盛顿大学医学院团队结合小鼠模型证实，β-淀粉样蛋白(Aβ)病理与昼夜节律紊乱协同作用导致核糖体蛋白表达下降和翻译能力受损。该研究发表于《Neuron》，为理解AD患者昼夜节律失调的分子机制提供了新视角，并提示核糖体功能障碍可能是连接AD病理与生物钟紊乱的关键环节。

　　

昼夜节律紊乱是阿尔茨海默病(AD)的典型特征，患者常表现出睡眠碎片化、行为节律失调等症状。然而，AD如何影响人脑分子水平的昼夜节律，特别是不同细胞类型的特异性变化，一直是未解之谜。更关键的是，这种节律紊乱究竟是AD病理的结果，还是加速疾病进展的推手？回答这些问题对开发新型干预策略至关重要。

华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的Henry C. Hollis和Erik S. Musiek团队联合宾夕法尼亚大学Perelman医学院的研究人员，通过对409例死后人脑样本进行单核RNA测序(snRNA-seq)分析，首次绘制了AD患者大脑皮层细胞类型特异的昼夜节律图谱。研究发现虽然核心生物钟基因的节律性在AD中得以保留，但核糖体生物合成和氧化磷酸化相关基因的昼夜振荡显著减弱。相关成果发表在顶级期刊《Neuron》上。

研究人员运用CYCLOPS 2.0算法重构了来自ROSMAP队列的409例人脑样本(250例对照和159例AD痴呆)的昼夜节律相位，通过单核RNA测序数据分析比较了兴奋性神经元、抑制性神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的转录组差异。结合APP/PS1转基因小鼠模型，采用慢性时差(CJL)干预、免疫印迹、免疫荧光和多核糖体分析等技术验证发现。

核心时钟节律在AD中保持完整

通过分析12个核心时钟基因的表达模式，发现AD患者与对照组的生物钟基因相位高度一致，且在不同细胞类型间保持同步。例如BMAL1和PER2的振荡曲线在AD与对照组间无显著差异，表明AD病理并未破坏核心生物钟的"齿轮"运转。

细胞类型特异性输出节律受损

尽管"主时钟"正常运行，AD患者多个细胞类型的输出节律出现异常：

• 兴奋性神经元中5,001个转录本的节律性消失

• 小胶质细胞的补体激活和JAK-STAT信号通路节律改变

• 星形胶质细胞的糖代谢相关基因振荡减弱

  特别值得注意的是，AD风险基因APOE在星形胶质细胞和小胶质细胞中保持强节律性，而APP、PSEN1和PSEN2仅呈现弱振荡。

核糖体通路节律普遍衰减

最显著的发现是核糖体相关基因节律性在AD中广泛减弱：

• 核糖体蛋白基因RPS6、RPS27A等振幅降低

• 氧化磷酸化通路基因振荡减弱

• 小鼠实验显示APP/PS1基因型叠加慢性时差会进一步减少核糖体蛋白表达

  多核糖体分析证实，这种变化导致蛋白质翻译活性下降。

昼夜节律紊乱与AD病理的恶性循环

数学模型模拟表明，核糖体数量减少会通过增加翻译噪声，导致生物钟振荡周期变异性增大。这解释了AD患者表现出的昼夜节律不稳定性，形成"病理加重节律紊乱，节律紊乱又促进病理"的恶性循环。

这项研究首次系统揭示了AD患者脑内细胞类型特异的昼夜节律重塑特征，确立了核糖体功能障碍是连接Aβ病理与生物钟失调的关键节点。发现不仅为理解AD患者行为紊乱提供了分子基础，更提示通过稳定昼夜节律或靶向核糖体功能可能成为干预AD的新策略。研究采用的CYCLOPS算法为分析人类死后样本的昼夜节律提供了创新方法，对神经退行性疾病研究具有广泛借鉴意义。