并非斑块缠绕大脑中的所有小胶质都是平等的。与贴纸附近的人相比,小鼠小鼠积极消耗它们的小鼠微胶质表达了一个不同的转录签名,根据5月21日在自然通信中发表的一项研究。使用荧光染料用腹部充满纤维状Aβ的单纤维染料,由澳大利亚克莱顿克莱顿州德国医学院的Enrico Petretto领导的研究人员报告说,这些牌匾拥有转录型谱类似于先前在淀粉样蛋白模型中鉴定的轮询,但涉及更广泛的基因。该型材由转录因子HIF-1α驱动,其在脑袋中的一些小胶质细胞中也从患有阿尔茨海默病的人的脑袋中作种植。好奇地,在淀粉样蛋白模型中没有Aβ的小胶质细胞,在淀粉样蛋白模型中更快,并且更可能含有比Aβ上的小胶质细胞血管突膜的突触。

  • Aβ-Laden Microglia具有独特的基因表达签名。
  • 它包括Trem2,Apoe,其他AD相关基因。
  • 移动到无斑块的环境,微胶质细胞恢复到稳态状态。
  • HIF-1α推动了转录制度。从AD PostMortem大脑中占据了Microglia。

“这项工作对我们对淀粉样斑块的相互作用影响微胶质生物学的理解提供了重要的新见解,并且有可能通知旨在提供这种细胞类型的治疗策略,”旧金山的Denali Therapeutics的Joseph Lewcock和Pascal Sanchez写道。

作为大脑中的常驻免疫细胞,根据定义,微胶质细胞有所准确地感知并迅速响应其环境的变化。在淀粉样蛋白的情况下,最近的研究表明,这些细胞不仅环绕斑块,还通过摄取和反刍Aβ来构建它们(4月2021年新闻).在淀粉样蛋白症的小鼠模型中,发现细胞抛弃其稳态转录签名的疾病相关的转录签名,标志着更高的Trem2,Apoe和少数其他基因的表达(见2017年6月新闻;2017年9月的新闻).研究发现斑块周围有这种特征的小胶质细胞。然而,这些转录研究并没有确定活性摄入斑块,而不是仅仅接近斑块,是否会影响细胞的转录谱。

调查,Co-First作者亚历山德拉Grubman,Xin Yi Choo和Gabriel Chew注入5xFAD.用甲氧基-XO4腹膜内小鼠。荧光染料,X04结合Aβ原纤维。Grubman和同事们在两小时后提取了动物的大脑,并使用荧光激活的细胞分选以分离微胶质细胞,无染料。他们发现,13.5和15.8%的小胶质细胞分别在4和6个月大的小鼠的大脑中积极地吞噬Aβ。在小脑中,一个几乎没有斑块的地区,只有4%的小胶质细胞。

陷入了这个行为.注射甲氧基-XO4(蓝色)后两小时,染料标记斑块,并在5xFAD小鼠(右)的海马(右)中与微胶质增长(绿色)共局限化,但不存在野生型海马(左)。[提供Grubman等人,自然通信,2021年。]

分析微胶质细胞的转录组,科学家们确定了2,475个基因,其在FibrillarAβ阳性与FAβ阴性微胶质中差异表达。在这种型材中占据突出的是参与核糖体功能,氧化磷酸化和吞噬态途径的基因。Trem2,Apoe和相互作用基因是最上调的。配置文件部分与5xFAD先前报告的大坝和MGND签名重叠app / ps1.老鼠。

然而,与这些以前的签名相比,纤维状Aβ(FAβ)型材包含更多基因。它们涉及更广泛的功能,包括HIF-1信令途径,类固醇生物合成,乳化物和内质网蛋白质加工。与一系列神经变性疾病相关的基因,包括阿尔茨海默,帕金森和亨廷顿,也在牌匾消费者中播出。一个原理分析表明,斑块吞噬作用在小胶质素转录组上摇摆。

Lewcock和Sanchez指出,FAβTRANCRIPTOME在其应用敲击小鼠中在XO4标记的小胶质细胞中看到了它们在XO4标记的小鼠中看到的,并且部分证实了由空间转录组织定义的“猪”签名(2月2021年新闻;JUL 2020新闻).此外,Denali科学家报告说,Aβ填充的小胶质细胞具有深远的脂质改变。当研究人员使用单细胞RNA测序而不是分选微胶质的散装测序解剖转录om时,出现了类似于Aβ-吞噬细胞的轮廓。

科学家们还比较了6个月或24个月大老鼠的小胶质细胞转录组,以寻找年龄差异。他们发现来自24个月大的小鼠的野生型小胶质细胞与来自6个月大的5xFAD小鼠的fa β阴性小胶质细胞相似。这表明,也许令人惊讶的是,在充满斑块的大脑中,小胶质细胞不积极参与吞噬斑块,似乎比正常大脑中的小胶质细胞衰老得更快。

该衰老签名标记为α-防御素基因表达的升高。这些编码抗微生物肽,在大脑中具有未知功能(Selsted和Ouellette, 2005年).Aβ还具有抗微生物性质(2010年3月的新闻;2016年5月的新闻).

关于斑块环境触发微胶质的东西,甚至在他们首先斑点之前打开FAβ签名,或者吞噬Aβ本身翻转开关?为了解决这一点,研究人员已经运行了一系列的前体内交叉实验,其中他们将来自5xFAD或野生型小鼠的小胶质细胞添加到来自任一基因型小鼠的海马切片培养物中。简而言之,他们发现通过Aβ消耗诱导FAβ阳性签名。野生型微胶质细胞转移到5xFAD切片培养物,只有在吞噬Aβ的情况下,只有在转录程序上打开转录程序,而那些没有吸收肽的WT微胶质仍然存在于稳态模式中。

此外,FAβ阳性签名是可逆的。含有纤维虫的微胶质,当它们加入野生型培养物时恢复到稳态状态。作为前体内数据表明,内化Aβ原纤维在运动中设定了转录程序,并且当Aβ不再周围时,细胞恢复正常。

Lewcock和Sanchez发现这令人着迷。“微胶质细胞的状态可逆性可能对有效的抗淀粉样疗法具有有趣的影响,因为当那些斑块附近的小胶质细胞可以恢复到功能性稳态,当淀粉样蛋白聚集体清除时,”他们写道。

微胶质细胞也可以获得突触的味道,并且确实发现在淀粉样症的小鼠模型中相当热情地修剪它们(2016年4月新闻).噬斑动物也会修剪突触吗?也许;然而,Grubman等人发现至少在6个月大的5xFAD小鼠中,fa β阴性小胶质细胞中的突触物质多于fa β阳性细胞。尽管如此,当他们从5xFAD小鼠大脑中分离出小胶质细胞并给它们喂食突触体时,fa β阳性细胞吞噬的速度更快,与它们的吞噬转录谱保持一致。

为什么fa β阳性的小胶质细胞在被培养的突触体上产生反应,而在大脑内的突触体上却没有?答案尚不清楚。一种可能性是,在大脑中,fa β阳性的小胶质细胞比原纤维阴性的小胶质细胞含有更少的突触物质,因为斑块周围的突触更稀疏。

在该注意事项上,作者发现HIF-1α转录因子似乎推动了大部分FAβ阳性签名。它还促进了突触体的吞噬作用。研究人员继续证明HIF-1α信号传导可以由PAM3CSK,达洛状受体2配体部分地诱导,并通过雷帕霉素,自噬诱导者抑制。

但人们怎么样?
人体大脑中的任何小胶质细胞是否采用Aβ吞噬作用转录签名?研究人员通过从四个独立的淘汰的队列队列中整合单核转录组数据来解决这个重要问题(周等人。,2020年;Mathys等人。,2019年;Grubman等人。,2019年;冷等人,2021年).结合,数据集包括来自102人的初始和前额叶样品的近12,000个小核髓核,其中一些人死于阿尔茨海默氏症。这些核根据转录om分成21个簇;某些群集仅出现在一个数据集中。

两个转录簇称为10和11,具有类似于小鼠纤维状Aβ签名的曲线。这些集群在每个数据集中识别,但不在每个样本中。在包含群集10微胶质细胞的样本中,来自广告的人的人比没有广告的人的样品比例更高的这些细胞比例。在小鼠Aβ签名中,簇10中的微胶质基因以大约20%的基因重叠,与先前报告的坝签名中的10%的基因相比。值得注意的是,HIF-1α控制的基因是在簇10微胶质细胞中差异表达的基因中。

在所有广告样本中找不到群集10。这是三位一体学院都柏林的这种有趣的科尔姆坎宁安。“这可以代表个人之间的一种级别差异敏感性,可能影响进展或特定患者的表现形式,”他写道(以下评论)。

总而言之,研究人员提出,作为小胶鸡年龄,他们的转录om在广告大脑中加速的方式变化,如6个月大的5xFAD小鼠的FAβ-负签名所示。在Aβ斑块内化上,HIF-1α程序开启,引发前馈回路,促进Aβ更升高。作者怀疑了这种相同的转录程序也可以加剧Microglia的突触破坏,突出了可以帮助和伤害大脑的微胶质功能的微妙平衡。

Polo和Grubman表示,Aβ签名可能在淀粉样蛋白病的早期阶段有益。如何在疾病中变化,并且在包括Tau病理学和年龄相关的可用性的其他压力源的面上仍有待测试。

“这项研究是一种生物信息学旅游力量这突出了HIF-1α信号通路作为小胶质细胞对a β斑块吞噬反应的中心中介,”德国神经退行性疾病中心的Jonas Neher在Tübingen评论道。Neher补充说,该结果与他之前发表的实验室工作一致,强调HIF-1α信号是a β病理的关键小胶质细胞反应(2018年4月新闻).-杰西卡·瓦特

注释

  1. 在这项研究中,Alexandra Grubman和他的同事利用一组令人印象深刻的实验方法和技术,从5xFAD转基因小鼠模型中描述了淀粉样斑块周围具有高吞噬活性的小胶质细胞亚群。为此,作者使用了一种创新的流式细胞术方法,以标记纤维Aβ含量为基础分离出两个小胶质细胞群体;我们也成功地使用这种方法来描述一种新的APP KI小鼠模型中的吞噬小胶质细胞(夏等人。,2021).Grubman等人。对我们了解与淀粉样斑块的相互作用影响微胶质生物学的理解提供了重要的新见解,并有可能通知靶向这种细胞类型的治疗策略。

    作者证明,与5xFAD小鼠的XO4阴性微胶质相比,从大脑中排出的甲氧基-XO4阳性(XO4阳性)微胶质具有不同的基因表达鉴定。差异表达基因的子集与在XO4阴性微胶质细胞中测量的那些重叠,但在XO 4阳性微胶质细胞中改变的幅度加剧。The upregulation of genes belonging to pathways involved in metabolic and phagolysosome functions and the increased phagocytic capacity of XO4-positive microglia supports the notion that plaque-associated microglia transition to a responsive state that may help them reduce Aβ aggregates and/or associated pathology (e.g., neuritic dystrophy).

    这些发现进一步增加了我们对淀粉样斑块部位的小胶质细胞表型的理解,并部分确认了空间转录组学定义的“猪”签名(JUL 2020新闻).有趣的是,我们最近报道了XO4阳性微胶质应用程序Saa.敲击鼠标模型(夏等人。,2021),显着展示加剧了基因表达的变化,特别是在控制溶酶体功能的基因中,但也可能表明那些吞噬细胞微胶质可能致力于调节脂质代谢,如前所述(Lewcock等,2020年).

    来自这项工作的另一个有趣的观察是发现XO4阴性小胶质细胞,可能远离淀粉样斑块,显示出相对高水平的非纤维状Aβ。该观察结果表明,不仅是Aβ的数量,而且其构象可以确定微胶质细胞的转录组和功能变化。这可能对淀粉样蛋白靶向抗体有影响,其可结合某些类型的Aβ并在微胶质细胞中驱动免疫激活的内化。然而,如果这种观察结果可能是由该转基因模型的大脑中的人工高水平的Aβ产生引起的。一种替代的解释是,XO4阳性微胶质细胞可能被大量的吞噬纤维状Aβ变得不堪重负,以降解那些肽的斗争。如果是这种情况,重要的是要确定溶酶体降解中的不足是否可能导致溶酶体脂质积累和最终细胞功能障碍。

    该稿件报告了许多其他迷人的观察结果,包括XO4阳性微胶质细胞的能力,当暴露于被剥夺淀粉样蛋白斑块的环境时,XO4阳性微胶质的能力恢复到稳态状态。微胶质细胞的状态可逆性可能对有效的抗淀粉样疗法具有有趣的影响,因为当那些斑块附近的小胶质细胞可以在清除淀粉样蛋白聚集体时恢复到功能性稳态。

    总体而言,本研究增加了我们对神经变性的背景下的微胶质细胞复杂和异质作用的理解。继续审查这项工作中描述的途径的改变是否能够影响疾病进展将是未来研究的令人兴奋的地区。

    参考:

    FibrillarAβ在新型App敲击小鼠模型中引起深刻的微胶质代谢扰动生物奇.2021年1月20日。

    新兴的微胶质细胞生物学定义了阿尔茨海默病的新型治疗方法神经元.2020年12月9日; 108(5):801-821。EPUB 2020 10月22日PubMed.

  2. The study, by sorting microglia on the basis of which ones had taken up fluorescently labeled Aβ (i.e., the cells become methoxy-XO4-positive), revealed a phagocytic population, which reflected some of the differentially expressed genes we have come to expect from other single-cell RNA-sequencing studies in the AD field (Trem2, Tyrobp, ApoE, Lpl and lysosomal proteases and protease inhibitors such as cathepsins and Cst7 respectively). However, a number of other pathways appeared to be induced, including HIF-1α-induced genes, indicating an activation of anaerobic glycolysis (Pkm, Ldha). This perhaps denies the citric-acid cycle and oxidative phosphorylation of the pyruvate that initiates those bioenergetic pathways. This is interesting in the context of the immunometabolic status of microglia-driving microglial phenotype.

    即使在淀粉样蛋白吞噬作用之后,即使在WT小胶质细胞下也诱导该签名。这在实验中示出了使用Aβ阳性小胶质细胞移植到由WT或5xFAD小鼠制备的有机型海马切片培养物中。然而,这些是具有许多变量的复杂实验,并复杂解释。For example, it did appear that some of the microglia that were not phagocytic (i.e., NIAD4-negative) still acquired the phagocytic gene signature and one wonders: Would simply presenting WT animals with fibrillar Aβ, in vivo, actually induce the phagocytic (XO4-positve) signature described here?

    有迷人的数据,表明即使XO4阳性微胶质细胞显然是在离体实验中的吞噬细胞(占用更多)大肠杆菌,PSD95和FibrillarAβ),实际上是XO4阴性微胶质细胞,其在5xFAD大脑中含有更多PSD95。XO4阴性小胶质细胞是否更好地配备到吞噬细胞突触突触元素?嗯,这些数据有几个解释,但它可能只是一个暴露的情况:如果XO4阳性小胶质细胞最近似斑块并且完全从头从头吞噬吞噬作用,则可能是那些微胶质的微胶质,从而远离斑块暴露于斑块附近发生的突触损失。

    作者不符合一个重要的发现:XO4阳性签名,虽然存在于从人类分离的小胶质细胞中存在不是从患有阿尔茨海默病患者的患者的大脑中富集的小胶质细胞。

    然而,这在患者的观察中有所减轻了做过有一些XO 4阳性的微胶质象征倾向于具有来自一个特定簇的上调基因,再次表达了这些HIF-1α依赖性基因。这种HIF-1α依赖性签名的可能上游驱动器是促炎刺激,包括PAM3CSK,其是Toll样1/2受体的活化剂。TLR2已在几年前显示以识别淀粉样蛋白,包括Aβ(Tükel等,2009年).这可能表明淀粉样蛋白可以通过TLR2激活促炎途径,驱动HIF-1α响应,其是诱导吞噬表型的键。令人兴趣的是,在某些广告病例中存在,但通常与来自AD患者的小胶质细胞更强烈相关。这可以代表个人之间的一种级别差异敏感性,可能影响进展或患者特异性表现形式。

    参考:

    通过Toll样受体2介导对微生物和宿主起源的淀粉样蛋白的反应细胞宿主微生物.2009年7月23日; 6(1):45-53。PubMed.

  3. Grubman等人的这项研究。是一种生物信息学旅游力量HIF-1α信号通路是小胶质细胞对a β斑块吞噬反应的中心中介。这些结果非常有趣,与我们之前发表的工作非常吻合,强调了HIF-1α信号作为Aβ病理的一个重要的小胶质细胞反应(Wendeln等人。,2018年).此外,在来自APP23小鼠的单细胞小胶质细胞的未发表的数据中,我们还发现甲氧基-XO4(MX04) - 阳性微胶质细胞的特征在于,通过GRUBMAN等人完全符合目前的调查结果,其特征在于HIF-1α信号传导。,谁非常简洁地证明这种反应是由聚集Aβ的微胶质相互作用/摄取的直接引发的。

    我不完全相信他们的单细胞RNA-Seq分析显示mx04阳性细胞可能处于过早老化的轨道上,因为这个数据集包含相对较少的细胞(有时来自每组或不同性别的单个动物),并且它没有在相同的年龄/实验组中证明小胶质细胞的异质性,而这一点现在已经被反复证明(例如,Sala Frigerio等。,2019年;哈蒙德等人。,2019年).此外,虽然不同人类数据集的联合分析值得称道,但重要的是,我有点关注(有时几乎完全)的不同数据集的分离。至少期望看到来自所有数据集的稳态小胶质亚型的重叠,并且这种缺陷可能表明批次/不同方法仍然存在显着的影响,这些方法在数据集成期间没有充分补偿。

    Grubman等人进行的分析。关于HIF-1α在改变微胶质效应子功能时依赖于体外测定的作用,并且(根据作者本身所指出)体内慢性微胶质斑块相互作用可能导致非常不同的反应。在这方面,最近的一项研究在对斑块病理学响应的微胶质HIF-1α激活的作用感到越来越轻,(3月 - Diaz等人,2021年).它不仅证实了HIF-1α在小胶质细胞对Aβ斑块沉积反应中的关键作用,而且还表明,在体内,HIF-1α的稳定(导致HIF-1α信号增强)诱导“小胶质细胞静止”,减少小胶质细胞与斑块的关联,增加神经炎损伤。这让人想起了Colonna组所描述的Trem2敲除动物和Trem2突变携带者的小胶质细胞表型,并提出了这些通路是如何相互关联的问题。

    Grubman等人。推测MX04阳性微胶质细胞可能代表抑制局部小胶质细胞的子集,并且有趣的是,看这是在未来的工作中保持持有,或者实际上可以诱导坝表型来诱导HIF-1α。

    参考:

    天生的免疫记忆脑中的神经疾病标志自然.2018年APR; 556(7701):332-338。EPUB 2018年4月11日PubMed.

    阿尔茨海默病的主要危险因素:年龄,性别和基因调节对Aβ斑块的微胶质胶质增长细胞代表.2019年4月23日,27 (4):1293 - 1306. - e6。PubMed.

    微胶质细胞的单细胞RNA测序在整个小鼠寿命和受伤的脑中揭示了复杂的细胞状态变化免疫.2019年1月15日,50 (1):253 - 271. - e6。Epub 2018 11月21日PubMed.

    缺氧妥协了通过HIF1损害阿尔茨海默病的微胶质细胞的微粒代谢自然老化.2021年3月。

发表评论

要发表评论,你必须登录或者登记

参考

新闻引用

  1. 微胶质细胞构建斑块以保护大脑
  2. 热门坝:特定的微胶带吞没斑块
  3. Apoe和Trem2在神经变性疾病中翻转微胶质开关
  4. 在新的App敲鼠小鼠中醒目的微细胞源
  5. 纸张通知:那些猪!空间转录组体添加人类数据
  6. 论文警告:Aβ是微生物的日间工作杀手?
  7. 像一个小蜘蛛侠一样,Aβ可以通过茧微生物对抗感染
  8. 论文警告:小胶质细胞介导早期阿尔茨海默病突触丧失
  9. 过去困惑?小胶质记忆决定对Aβ的反应

研究模式引用

  1. 5xFAD(B6SJL)
  2. APPPS1.

纸条引文

  1. 哺乳动物防御素在抗微生物免疫反应中NAT IMMUNOL..2005年6月6日:6(6):551-7。PubMed.
  2. 人和小鼠单核转录组织揭示了在阿尔茨海默病中的Trem2依赖和Trem2无关的细胞反应Nat Med..2020年1月26日(1):131-142。EPUB 2020 1月13日PubMed.
  3. 阿尔茨海默病的单细胞转录组分分析自然.2019年6月,570(7761):332 - 337。Epub 2019 5月1日PubMed.
  4. 来自具有阿尔茨海默病的个体的Entorhinal皮质的单细胞阿特拉斯揭示了细胞型特异性基因表达调控Nat Neurosci..2019年12月22日(12):2087-2097。PubMed.
  5. Alzheimer疾病中选择性脆弱神经元的分子表征Nat Neurosci..2021 2月24日(2):276-287。EPUB 2021 1月11日PubMed.

进一步阅读

主要论文

  1. 与Aβ斑块吞噬作用相关的小胶质细胞的转录签名NAT CANCE.2021年5月21日; 12(1):3015。PubMed.