小胶质细胞中跨衰老和阿尔茨海默病的转座子转录本模式差异

《Aging Cell》：Distinct Transposable Element Transcript Patterns in Microglia Across Aging and Alzheimer's Disease

　　

小胶质细胞是大脑驻留的免疫细胞，具有转录多样性和高度动态性，但在衰老和疾病过程中，它们失去转录组可塑性，并采用与神经炎症和病理相关的慢性激活状态。一个新兴的转录组过程，也日益与脑衰老、神经炎症和疾病相关，是转座子（TEs）的失调，这些重复基因组序列具有导致细胞应激/功能障碍的潜力。然而，在这些背景下关于小胶质细胞TE转录本模式的数据有限。在此，研究人员分析了来自分离的人类和小鼠小胶质细胞跨衰老、阿尔茨海默病（AD）和AD相关病理的多个RNA-seq数据集。与之前基于全脑组织和其他脑细胞类型的观察相反，研究人员发现小胶质细胞TE转录本水平在人类大部分生命周期中保持相对一致，直到晚年才增加。研究人员还发现，与年龄匹配的对照组相比，AD患者小胶质细胞中的TE转录本水平变化极小，并且在转基因AD小鼠模型的RNA-seq分析中，研究人员观察到与病理相关的TE转录本减少。后续分析确定了TE转录本水平与自噬/溶酶体相关基因表达之间的负相关，并且体外研究提示，衰老和AD相关刺激以及药理自噬抑制可调节培养的人类小胶质细胞中TE转录本表达。总之，这些数据为小胶质细胞中的TE转录本动态提供了新见解，突出了与衰老和AD中全脑样本和其他细胞类型中观察到的不同的TE转录本模式。

衰老是神经退行性疾病（如阿尔茨海默病，AD）的首要风险因素，小胶质细胞作为大脑驻留的免疫细胞，在衰老和疾病中表现出转录组可塑性丧失和慢性激活状态，伴随神经炎症。转座子（TEs）是重复基因组序列，其失调日益被认为是脑衰老、神经炎症和疾病的关键转录组过程，但小胶质细胞中TE转录本模式在衰老和AD背景下的数据有限。因此，研究人员旨在通过分析多个公开的RNA-seq数据集，探究小胶质细胞中TE转录本在衰老和AD中的动态变化，以填补这一空白。该研究发表于《Aging Cell》。

研究人员利用来自三个独立数据集（人类：GSE99074、GSE146639、GSE125050；小鼠：GSE131869、GSE123467、GSE205569）的分离小胶质细胞RNA-seq数据，通过STAR比对器（STAR aligner）进行多映射比对，使用TEtranscripts程序中的TEcount工具进行TE转录本计数，并借助DESeq2软件进行差异表达分析。此外，在体外实验中，研究人员采用人类小胶质细胞克隆3（HMC3）细胞系，通过RT-PCR检测关键TE转录本（如L1Hs、LTR5Hs、GSATX、AluYi6、HERVK14C-int）的表达，并使用免疫印迹验证炎症因子（如白细胞介素6，IL-6）的诱导表达。

**TE转录本在人类小胶质细胞中随衰老增加**
通过对认知正常成人（34-102岁）的分离小胶质细胞RNA-seq数据（NCI数据集1）分析，发现与年轻/中年个体（34-56岁）相比，老年个体（57-69岁）和更老年个体（70-84岁）的TE转录本水平仅轻微增加，但最老年个体（85-102岁）中TE转录本显著增加（413个差异表达TE，调整p<0.05），主要驱动类型为长末端重复序列（LTRs）。这一模式与小胶质细胞在极晚年前TE转录本保持相对稳定的特点一致。

**AD患者小胶质细胞中TE转录本变化极小**
对两个独立AD患者数据集（AD数据集2和3）的分析显示，与年龄匹配的认知正常对照相比，AD患者小胶质细胞中总归一化TE转录本水平无显著差异，且差异表达分析中未发现任何TE转录本显著改变（调整p<0.05）。这与全脑样本和其他细胞类型中AD相关TE转录本增加的报告形成对比。

**转基因小鼠模型中TE转录本减少**
在rTg4510 tau蛋白病小鼠和APP/PS1淀粉样β（Aβ）病理小鼠模型中，与野生型（WT）同窝对照相比，8月龄转基因小鼠小胶质细胞中TE转录本总体显著减少。在rTg4510小鼠中，8月龄与2月龄比较时TE转录本降低，主要由LINEs和LTRs驱动；而在APP/PS1小鼠中，8月龄与4月龄比较时SINEs显著减少，且8月龄时与WT对照相比TE转录本大幅下降（618个差异表达TE，调整p<0.05）。这些发现提示tau和Aβ病理可能共同影响小胶质细胞中TE转录本的独特模式。

**与自噬/溶酶体相关基因表达的负相关**
在三个人类数据集中，研究人员分析了候选TE调节过程（包括RNA降解、表观遗传修饰、代谢/免疫信号和自噬）的关键基因与总归一化TE转录本水平的相关性。最一致的发现是自噬/溶酶体相关转录本水平与TE转录本水平呈负相关。在NCI数据集1中，自噬相关基因表达在极晚年（85-102岁）下降，与TE转录本增加时间点吻合；在AD数据集中，自噬基因表达在AD组中升高，而TE转录本未增加。这些结果提示自噬/溶酶体活性可能参与调节小胶质细胞TE转录本水平。

**体外实验提示衰老和AD相关刺激及自噬抑制调节TE转录本**
在HMC3小胶质细胞中，自噬抑制剂氯喹（CQ）处理导致TE转录本呈非显著增加趋势；炎症因子肿瘤坏死因子α（TNF-α）处理未增加TE转录本，甚至在某些比较中下降；而Aβ或tau处理则增加所有检测的TE转录本（tau处理未达显著）。有趣的是，Aβ或tau与CQ共处理使TE转录本降至对照水平，尤其在Aβ组中效果最显著。这些结果提示衰老和AD相关刺激与自噬/溶酶体途径的相互作用可能以依赖性方式调节小胶质细胞TE转录本。

在讨论部分，研究人员总结了小胶质细胞中TE转录本动态的独特性：与全脑样本和其他细胞类型不同，小胶质细胞中TE转录本在人类大部分生命周期中保持稳定，仅在极晚年增加，且AD病理未显著加剧这一变化。研究人员认为，小胶质细胞的高度转录可塑性和对病理的响应可能解释了这些模式，而自噬/溶酶体途径的活性变化可能是调节TE转录本水平的关键因素。体外实验进一步支持了衰老和AD相关刺激以及自噬抑制对TE转录本的影响，但强调了这些关系可能依赖微环境。研究结论部分（原文最后一段）翻译如下：本研究旨在初步探索人类小胶质细胞中TE转录本动态。尽管结果是初步的，但从人类/小鼠RNA-seq数据及体外研究中获得的集体观察可提出一个模型：小胶质细胞TE转录本水平受衰老、AD/病理相关细胞状态变化以及RNA稳态（包括自噬/溶酶体途径）的塑造。然而，数据不支持特定的因果机制，需要额外研究确定自噬或其他机制是否在体内调节小胶质细胞中TE丰度。例如，TE转录本可能通过非经典RNA处置途径（如外泌体释放）在衰老/AD小胶质细胞中被修饰，这可能解释AD相关小胶质细胞或自噬抑制的HMC3细胞中TE转录本的减少。未来研究可分析小胶质细胞分泌的外泌体内容物，评估TE转录本及其他潜在内源性炎症来源，以深入了解衰老和疾病中小胶质细胞的一般RNA稳态。此外，需要确定这些事件在体内代表的程度及其对功能结局（如吞噬作用）的影响。所有生物信息学分析基于经过分离和RNA-seq制备流程的小胶质细胞，体外实验使用了HMC3永生化小胶质细胞系，且仅检测了5个关键TE，因此结论的外推性有限。揭示小胶质细胞中TE转录本动态的细节是重要的未来方向，因为针对TE的治疗策略需要更全面地理解细胞类型特异性的调控差异。