脑衰老与阿尔茨海默病中表达改变的新的细胞标志物：综述

《IBRO Neuroscience Reports》：NOVEL CELL MARKERS WITH ALTERED EXPRESSION IN BRAIN AGING AND ALZHEIMER'S DISEASE: A REVIEW

　　

摘要：衰老和阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是复杂的过程，以持续的神经元丢失、神经网络中断和认知衰退为标志。过去十年，基因组学、蛋白质组学和单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）取得了进展，从而能够发现具有独特基因表达模式的细胞标志物。本综述旨在汇总免疫细胞、胶质细胞和神经元细胞中衰老和AD的最新标志物，这些标志物对于提高诊断精确度和监测疾病进展日益重要。诸如髓系细胞2触发受体（Triggering receptor expressed on myeloid cells 2, TREM2）和分化簇33（Cluster of differentiation 33, CD33）等标志物促进免疫反应，并作为神经炎症和β-淀粉样蛋白（amyloid-beta, Aβ）清除的指标；胶质纤维酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein, GFAP）和水通道蛋白-4（aquaporin-4, AQP4）作为胶质增生和间质液引流受损的指标；突触后密度蛋白95（Postsynaptic density protein 95, PSD-95）、突触体相关蛋白25（Synaptosomal-associated protein 25, SNAP25）和异常的tau磷酸化（tau phosphorylation）标志着AD病理特有的突触降解和细胞骨架不稳定。血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）的破坏与内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）和血管细胞黏附分子1（Vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1）相关。这些标志物是通过尖端技术鉴定的，这些技术揭示了跨细胞类型、脑区域和疾病阶段的基因表达变异。这种细胞异质性提高了对AD进展和脑衰老的理解，阐明了分子通路，并可能经过彻底验证后用于预后和诊断目的。通过持续研究，仍在鉴定具有改变表达谱的新的细胞标志物，这可能对改善研究人员对神经退行性疾病的理解和治疗能力至关重要。

论文解读文章

**研究背景与问题**

脑衰老与阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的区分长期以来是神经科学领域的挑战。尽管年龄是AD的关键风险因素，但区分正常脑衰老与疾病发展的潜在机制仍不明确。传统标志物如β-淀粉样蛋白（amyloid-beta, Aβ）斑块和tau蛋白缠结虽为AD病理标志，但其诊断和预测能力有限，且与正常衰老存在重叠。此外，AD病理涉及神经炎症、突触功能障碍及多种程序性细胞死亡，传统标志物无法捕捉这些动态变化。因此，迫切需要识别新型细胞类型特异性标志物，以揭示疾病早期分子改变，提高诊断精度，并监测疾病进展。

**研究内容与结论**

研究人员通过系统文献回顾，利用单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）、蛋白质组学（proteomics）、空间转录组学（spatial transcriptomics）等先进技术，整合了免疫细胞、胶质细胞和神经元细胞中表达改变的细胞标志物。研究发现，髓系细胞2触发受体（Triggering receptor expressed on myeloid cells 2, TREM2）和分化簇33（Cluster of differentiation 33, CD33）作为小胶质细胞标志物，参与神经炎症和Aβ清除；胶质纤维酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein, GFAP）和水通道蛋白-4（aquaporin-4, AQP4）反映星形胶质细胞反应性及间质液引流；突触后密度蛋白95（Postsynaptic density protein 95, PSD-95）、突触体相关蛋白25（Synaptosomal-associated protein 25, SNAP25）及磷酸化tau（phosphorylated tau, p-tau）指示突触退化；内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）和血管细胞黏附分子1（Vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1）与血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）破坏相关。这些标志物将AD与正常衰老区分开来，揭示了AD独特的分子病理特征。该论文发表在《IBRO Neuroscience Reports》，为AD的早期诊断、预后评估和靶向治疗提供了新方向。

**关键技术方法**

研究人员主要采用文献综述方法，筛选自PubMed、Web of Science、Scopus等数据库中的同行评审研究，重点关注近10-16年间的出版物。关键技术包括：单细胞RNA测序（scRNA-seq）用于解析细胞异质性和转录组变化；蛋白质组学用于鉴定蛋白质表达及翻译后修饰（如tau磷酸化）；空间转录组学用于分析细胞间通讯；以及多组学整合分析。此外，研究利用了体外细胞培养和体内动物模型（如AD小鼠模型）的实验证据，并涉及脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）和血浆样本的生物标志物检测。样本来源包括AD患者和正常对照的死后脑组织及外周血。

**研究结果**

**5.1 已确立的标志物**
传统标志物Aβ₄₂和tau蛋白过度磷酸化虽是AD病理核心，但存在诊断滞后性，且与正常衰老表现相似。研究人员通过综述发现，神经炎症（如小胶质细胞标志物Iba1、TMEM119、P2RY12）和免疫细胞（如外周血CD8⁺ T细胞）的参与为区分AD与衰老提供了新线索。

**5.2 细胞类型特异性标志物**
通过单细胞分析，研究人员识别出神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞的独特标志物。例如，小胶质细胞标志物P2RY12和CX3CR1在稳态下表达，而AD中疾病相关小胶质细胞（disease-associated microglia, DAM）上调TREM2、APOE等基因。星形胶质细胞在AD中呈现反应性胶质增生（astrogliosis），标志物GFAP、C3、CHI3L1等表达升高。这些细胞特异性变化早于临床症状，有助于早期分子诊断。

**5.3 AD中的新型标志物**
研究人员总结出AD特有的新型标志物，包括血浆和脑脊液中的磷酸化tau蛋白（p-tau181、p-tau217、p-tau231）和神经丝轻链（neurofilament light chain, NfL），它们与神经元损伤高度相关。小胶质细胞DAM标志物（如TREM2、APOE、CST7、LPL）和星形胶质细胞标志物（如GFAP、YKL-40、SERPINA3）在AD中显著上调，而正常衰老中仅轻度变化。这些标志物共同将AD定义为不同于加速衰老的独立病理过程。

**5.4 其他生物标志物**
研究人员还综述了AQP4、eNOS、PSD-95、SNAP25和VCAM-1等标志物。AQP4的错位导致类淋巴通路（glymphatic pathway）引流障碍，加重Aβ积累；PSD-95和SNAP25分别反映突触后和突触前功能，其水平在AD脑脊液中升高，与认知衰退相关；eNOS活性降低加剧血管功能障碍；VCAM-1升高提示BBB炎症和通透性增加。

**6. 衰老与阿尔茨海默病的比较**
研究人员通过对比发现，正常衰老伴随线粒体功能下降、轻度氧化应激和渐进性突触丢失，而AD则表现为加速的线粒体功能障碍、高活性氧（reactive oxygen species, ROS）、慢性神经炎症、剧烈的小胶质细胞反应、tau蛋白过度磷酸化形成缠结、广泛Aβ斑块沉积以及加速的突触和神经元丢失。AD特有的标志物（如CSF Aβ₄₂/Aβ₄₀比值、血浆p-tau、PET成像、NfL）在正常衰老中缺失，从而明确区分两者。

**7. 与小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元相关的重要发现**
研究人员指出，小胶质细胞和星形胶质细胞通过释放促炎细胞因子和补体激活，加剧神经元损伤。单细胞分析揭示了小胶质细胞DAM表型和反应性星形胶质细胞在Aβ压实、突触修剪和代谢调控中的差异作用，其中TREM2通路和星形胶质细胞脂质代谢是关键机制。这些细胞类型特异性细节有助于患者分层和早期干预。

**讨论与结论**

**讨论总结**
未来研究方向包括对胶质细胞衍生标志物（如可溶性TREM2、GFAP、炎性细胞因子）进行纵向验证，并结合神经元损伤标志物（NfL、tau）建立多标志物模型，以提高诊断特异性。血浆检测适用于大规模筛查，而脑脊液检测提供中枢神经系统信号。多标志物组合（如GFAP、小胶质细胞激活指标、p-tau/NfL）可区分AD与其他神经退行性疾病。治疗上，调节小胶质细胞受体（如TREM2）、补体通路及星形胶质细胞代谢可能是上游策略，在tau扩散前干预疾病驱动因素。

**研究结论翻译**
新型生物标志物，如磷酸化tau、NfL、DAM基因和星形胶质细胞蛋白，彻底改变了研究人员对阿尔茨海默病的理解，提高了诊断准确性，并识别了疾病特异性细胞状态。研究提示，临床上有潜力联合使用多种生物标志物以实现更好的监测、更早的检测和机制靶向治疗。整合胶质细胞、星形胶质细胞或神经元标志物可揭示导致神经元损伤的过程（如炎症或代谢应激）；胶质调节剂、星形胶质细胞功能或补体激活是有前景的靶点。液体生物标志物将有助于追踪疾病进展，从而在生物标志物引导下开展多靶点治疗试验，恢复胶质功能和突触稳定性，进而改善AD的管理。