文獻(xiàn)解讀：活化的小膠質(zhì)細(xì)胞減輕Aβ相關(guān)tau蛋白播種擴(kuò)散
導(dǎo)讀:
在阿爾茨海默病(AD)模型中，小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的TREM2基因中的AD風(fēng)險(xiǎn)變異減少了Aβ斑塊相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞增生，增加了神經(jīng)炎性營(yíng)養(yǎng)不良以及斑塊相關(guān)的tau聚集物的播種和擴(kuò)散。這種Aβ增強(qiáng)的tau蛋白播種和擴(kuò)散是由于小膠質(zhì)細(xì)胞功能的喪失還是TREM2缺陷的小膠質(zhì)細(xì)胞中毒性的功能獲得尚不清楚。近期在《Journal of Experimental Medicine》 (IF=11.743) 期刊上發(fā)表了題為“ Activated microglia mitigate Aβ-associated tau seeding and spreading” 的文章。AD病理背景下作者研究團(tuán)隊(duì)對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞移除和再生是否減少了Aβ 驅(qū)動(dòng)的tau蛋白的播種和擴(kuò)散提出疑問(wèn)。發(fā)現(xiàn)TREM2KO 和小膠質(zhì)細(xì)胞切除顯著增強(qiáng)了tau蛋白的播種和在斑塊周?chē)鷶U(kuò)散。盡管重組的小膠質(zhì)細(xì)胞聚集在斑塊周?chē)?，但它們的疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞(DAM)基因表達(dá)減少，tau蛋白播種和擴(kuò)散增加。綜上所述，這些數(shù)據(jù)表明，TREM2依賴(lài)的DAM表型激活在延遲Aβ誘導(dǎo)的tau蛋白病理性增殖中至關(guān)重要。
阿爾茨海默病(AD)的特征是由聚集形式的淀粉樣β蛋白和神經(jīng)內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFTs)、和含有聚集形式tau蛋白的營(yíng)養(yǎng)不良神經(jīng)突起組成的細(xì)胞外斑塊。tau病理學(xué)向邊緣皮層和新皮層的發(fā)展似乎是由Aβ病理學(xué)的存在所驅(qū)動(dòng)的，并與阿爾茨海默病患者的認(rèn)知障礙相關(guān)。 Aβ斑塊的存在促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)不良神經(jīng)突起中局部tau蛋白的播種，從而導(dǎo)致小鼠神經(jīng)突起斑塊 tau聚集體和NFTs中磷酸化形式tau蛋白的擴(kuò)散和形成。除了tau和Aβ病理外，AD腦中的神經(jīng)炎癥也很明顯，包括小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)、活化狀態(tài)和分布的改變，其特征為疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞或聚集在淀粉樣斑塊周?chē)纳窠?jīng)退行性疾病小膠質(zhì)細(xì)胞。 在DAM中，穩(wěn)態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞基因如P2ry12、Tmem119、Cx3cr1表達(dá)下調(diào)，幾個(gè)與阿爾茨海默病相關(guān)的激活標(biāo)記，如ApoE和TREM2的表達(dá)增加。在淀粉樣蛋白小鼠模型中，斑塊周?chē)鶧AM的聚集依賴(lài)于TREM2的活性，并且TREM2基因的部分功能缺失變異體將患AD的風(fēng)險(xiǎn)增加了2-4倍。 盡管斑塊相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞增生的功能后果仍不清楚，但在A(yíng)PPPS1–21淀粉樣蛋白沉積小鼠模型中，TREM2的缺失或AD相關(guān)TREM2變異體的表達(dá)增加了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良以及NPs (NP-tau)周?chē)姿峄痶au蛋白的播撒和擴(kuò)散；在TauPS2APP小鼠中，TREM2的缺失也增加了Aβ驅(qū)動(dòng)的tau的病理和變性；在A(yíng)D患者中也是如此。在TREM2缺乏中，NP-tau的增加是否是由于小膠質(zhì)細(xì)胞病理性tau的清除減少或神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良增加所致尚不清楚。 駐留小膠質(zhì)細(xì)胞的功能對(duì)于減緩NP-tau 蛋白的播種和擴(kuò)散至關(guān)重要
為了探討小膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞再生在NP-tau病理學(xué)中的作用，作者使用了一個(gè)先前描述的tau播種和擴(kuò)散模型，通過(guò)向大腦注射從人類(lèi) AD 腦組織中分離的不溶性 tau 聚集物。用PLX3397 (PLX組)對(duì)5XFAD小鼠進(jìn)行預(yù)處理，PLX3397是一種選擇性CSF1R抑制劑，已被證明在A(yíng)D-tau注射前可通過(guò)口服小鼠食物或AIN-76A對(duì)照食物(CTL組)3周輕易穿過(guò)血腦屏障并消除小膠質(zhì)細(xì)胞（圖1A） 。 另一組小鼠用PLX預(yù)處理3周，隨后再注射AD-tau以使大腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞重新增殖，隨后用對(duì)照飲食喂養(yǎng)2周(P-C組)。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)首先在WT小鼠中進(jìn)行測(cè)試，以確認(rèn)3周的PLX去除了大部分小膠質(zhì)細(xì)胞，隨后恢復(fù)到對(duì)照飲食2周，這允許小膠質(zhì)細(xì)胞以類(lèi)似于對(duì)照小鼠的方式重新繁殖。在6個(gè)月大5XFAD 小鼠齒狀回和大腦皮質(zhì)中單側(cè)注射 AD-tau ，并在 3 個(gè)月后進(jìn)行分析。 作者觀(guān)察到在5XFAD小鼠的同側(cè)海馬(HC)和皮質(zhì)中廣泛播散的NP-tau，以及在對(duì)側(cè)HC和皮質(zhì)中廣泛播散的NP-tau。在小膠質(zhì)細(xì)胞衰竭的小鼠中，這種NP-tau的播散顯著增加（圖1B-F） 。令人驚訝的是，在小膠質(zhì)細(xì)胞再生小鼠中，NP-tau病理也顯著升高。 作者隨之想在本實(shí)驗(yàn)中比較小膠質(zhì)細(xì)胞消融，特別是小膠質(zhì)細(xì)胞再群體對(duì)TREM2缺陷的影響，以便更好地理解在這些不同狀態(tài)下觀(guān)察到的與小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙類(lèi)型相關(guān)的表型。在評(píng)估Aβ誘導(dǎo)的NP-tau種子播撒和擴(kuò)散時(shí)，作者證實(shí)了之前在不同的淀粉樣小鼠模型中發(fā)現(xiàn)的升高的NP-tau種子播撒在trem2缺陷小鼠中，其程度與PLX和P-C組非常相似 。 為了證實(shí)皮質(zhì)NP-tau病理增加獨(dú)立于A(yíng)β斑塊的數(shù)量，我們進(jìn)行了共聚焦分析，并定量了個(gè)體X34 Aβ斑塊周?chē)腘P-tau數(shù)量(圖1G-J) 。作者證實(shí)，代表接種和擴(kuò)散的NP-tau病理學(xué)隨著小膠質(zhì)細(xì)胞或TREM2功能的喪失以及小膠質(zhì)細(xì)胞的重新增殖而顯著增加。 作者將此發(fā)現(xiàn)與之前的一項(xiàng)研究形成對(duì)比顯示，在消耗小膠質(zhì)細(xì)胞后，tau增殖受到顯著抑制。有趣的是，作者使用了一個(gè)非淀粉樣斑塊沉積小鼠模型，表明淀粉樣病變改變了小膠質(zhì)細(xì)胞在tau在播種和擴(kuò)散中的作用?？偠灾?，這些數(shù)據(jù)支持常駐的、表達(dá) TREM2 的小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)于減緩種植在周?chē)邏K NP-tau 的負(fù)擔(dān)和擴(kuò)散至關(guān)重要。
圖1 在5XFAD小鼠中，小膠質(zhì)細(xì)胞衰竭、TREM2 KO或小膠質(zhì)細(xì)胞再生顯著增加了NP-tau的播種和擴(kuò)散 斑塊相關(guān)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良增加，與NP-tau病理和衰竭的重新增殖的或T2KO 小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)
接下來(lái)，作者研究了小膠質(zhì)細(xì)胞功能或數(shù)量受到影響時(shí)，NP-tau病理變化的原因。首先，作者評(píng)估了9月齡5 XFAD小鼠皮質(zhì)小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量。 如前所述， PLX治療去除了同側(cè)和對(duì)側(cè)皮質(zhì)中的大部分小膠質(zhì)細(xì)胞，盡管一些小膠質(zhì)細(xì)胞(約20%)對(duì)PLX治療有耐藥性。當(dāng)作者評(píng)估Aβ斑塊周?chē)∧z質(zhì)細(xì)胞聚集的數(shù)量時(shí)(圖2A-D) ，還觀(guān)察到在PLX處理和TREM2缺陷小鼠中，小膠質(zhì)細(xì)胞聚集在淀粉樣斑塊周?chē)臄?shù)量更少。有趣的是，80%的PLX抗性小膠質(zhì)細(xì)胞聚集在淀粉樣斑塊周?chē)?/strong>。這表明在5XFAD小鼠中，一群活化的小膠質(zhì)細(xì)胞獨(dú)立于CSF1R信號(hào)而存活。 相比之下，P-C小鼠表現(xiàn)出與對(duì)照組小鼠相似的斑塊周?chē)鷱?qiáng)有力的小膠質(zhì)細(xì)胞聚集。如先前報(bào)道，作者觀(guān)察到T2KO 小鼠中斑塊相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞減少。小膠質(zhì)細(xì)胞減少和TREM2缺乏與淀粉樣蛋白依賴(lài)性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良增加有關(guān)，而淀粉樣蛋白依賴(lài)性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良又與NP-tau播種和擴(kuò)散增加有關(guān)。小膠質(zhì)細(xì)胞再生是否改變神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良尚不清楚。 因此，作者采用BACE1 免疫染色，BACE1 在營(yíng)養(yǎng)不良的神經(jīng)突中積累。我們觀(guān)察到在同側(cè)和對(duì)側(cè)皮質(zhì)中， PLX、PC 和 T2KO 組中 BACE1 進(jìn)程的數(shù)量較 CTL組 顯著增加，這也與 AT8 染色相關(guān)(圖2E-H) 。除P-C小鼠外，作者進(jìn)一步觀(guān)察到AT8 NP-tau病理、BACE1 神經(jīng)炎營(yíng)養(yǎng)不良和Iba1 小膠質(zhì)細(xì)胞聚集的Aβ斑塊數(shù)量之間存在強(qiáng)相關(guān)性，提示小膠質(zhì)細(xì)胞可能在減輕斑塊誘導(dǎo)的神經(jīng)元毒性中起重要作用，而這反過(guò)來(lái)可能促進(jìn)NP-tau的增殖(圖2I，J) 。重要的是，盡管重新增殖的小膠質(zhì)細(xì)胞以與對(duì)照處理的小膠質(zhì)細(xì)胞相似的密度聚集在斑塊周?chē)?，但NP-tau病理和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良的數(shù)量顯著增加。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良的結(jié)果類(lèi)似于以前的報(bào)告，該報(bào)告發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞重新增殖4周后皮質(zhì)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良升高，而不是之前研究的14周。 總的來(lái)說(shuō)，這表明重新增殖的小膠質(zhì)細(xì)胞可減輕斑塊相關(guān)毒性，更重要的是，減輕β-淀粉樣蛋白介導(dǎo)的tau播種和擴(kuò)散存在不足。
圖2 小膠質(zhì)細(xì)胞的改變，無(wú)論是衰竭的、重新繁殖的還是TREM2 KO，都與斑塊周?chē)窠?jīng)營(yíng)養(yǎng)不良的增加有關(guān)，這與NP-tau病理相關(guān) 重組或 T2KO 小膠質(zhì)細(xì)胞與更多的淀粉樣斑塊相關(guān)，但與斑塊相關(guān)的 ApoE 減少
接下來(lái)，作者使用抗Aβ抗體(HJ3.4)和原纖維斑塊染色法評(píng)估了小膠質(zhì)細(xì)胞減少和再增殖對(duì)Aβ斑塊的影響（圖3A-J） 。重要的是，小膠質(zhì)細(xì)胞減少和TREM2 KO小鼠模型在小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)淀粉樣斑塊負(fù)荷的影響方面報(bào)告了相互矛盾的結(jié)果。 作者發(fā)現(xiàn) Aβ 斑塊在 CTL 和 PLX 組中具有可比性，但觀(guān)察到與 CTL 相比，具有重新填充或 T2KO 小膠質(zhì)細(xì)胞的 5XFAD 小鼠的 Aβ 病理增加，這可能是在缺乏TREM2 的情況下斑塊致密性受損。 最近證明，在TREM2缺乏小鼠或遺傳性小膠質(zhì)細(xì)胞切除模型中，TREM2的缺失增加了淀粉樣病變的發(fā)生，并減少了斑塊相關(guān)的ApoE。證實(shí)T2KO 小鼠顯示ApoE與斑塊的共定位顯著降低，并且ApoE存在于小膠質(zhì)細(xì)胞中(圖3K-O) ，表明斑塊相關(guān)的ApoE起源于小膠質(zhì)細(xì)胞。有趣的是，經(jīng)過(guò)PLX處理和CTL處理的小鼠中，斑塊和斑塊相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞中ApoE的數(shù)量沒(méi)有顯著差異，這表明PLX小鼠中持續(xù)存在的斑塊相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞仍然處于高激活狀態(tài)(圖3,K-O) 。 相反，作者注意到在P-C小鼠中，ApoE與斑塊和小膠質(zhì)細(xì)胞的共定位均減少，進(jìn)一步表明重組的小膠質(zhì)細(xì)胞沒(méi)有獲得典型的DAM表型，盡管在斑塊周?chē)奂?。鑒于星形膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中表達(dá)ApoE的主要細(xì)胞類(lèi)型，作者還評(píng)估了斑塊周?chē)鶪FAP 星形膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量。小膠質(zhì)細(xì)胞減少或重新增殖不影響GFAP 星形膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量；然而，TREM2缺失強(qiáng)烈抑制了斑塊周?chē)切文z質(zhì)細(xì)胞的聚集以及GFAP基因水平。
圖3 在5XFAD小鼠中，重新增殖的小膠質(zhì)細(xì)胞或TREM2 KO增加淀粉樣斑塊并減少斑塊相關(guān)的ApoE 再生的小膠質(zhì)細(xì)胞不能重新建立DAM特征
為了評(píng)估不同組的小膠質(zhì)細(xì)胞激活情況，我們首先用Iba1(小膠質(zhì)細(xì)胞)和CD68吞噬溶酶體在X34 斑塊周?chē)男∧z質(zhì)細(xì)胞中進(jìn)行腦切片(圖4A-C) 。 作者觀(guān)察到CTL和抗-PLX小膠質(zhì)細(xì)胞中斑塊周?chē)總€(gè)小膠質(zhì)細(xì)胞的CD68 囊泡體積相似。相反，作者觀(guān)察到再生和T2KO 小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)CD68 小泡明顯減少，表明小膠質(zhì)細(xì)胞的晚期內(nèi)吞體/溶酶體功能和總體DAM激活狀態(tài)在這些組的同側(cè)和對(duì)側(cè)皮質(zhì)中均有所下降。小膠質(zhì)細(xì)胞晚期內(nèi)吞體/溶酶體活性的降低可能通過(guò)未能有效清除大腦中的NP-tau而增加NP-tau的播撒和擴(kuò)散?？紤]到P-C小鼠表現(xiàn)出較高的NP-tau病理，而斑塊相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活降低，決定使用第二組6個(gè)月大的動(dòng)物，在NP-tau注射前立即比較實(shí)驗(yàn)組體內(nèi)穩(wěn)態(tài)和DAM基因的表達(dá)水平。 作者評(píng)估了皮質(zhì)中的基因表達(dá)譜(圖4D)，并觀(guān)察到與CTL小鼠相比，小膠質(zhì)細(xì)胞再生小鼠的DAM和促炎細(xì)胞因子基因表達(dá)(例如，Cst7和IL1β)減少。與減少的CD68染色一致，重建的小膠質(zhì)細(xì)胞顯示提高了穩(wěn)態(tài)基因的表達(dá)(例如，TMEM119)。有趣的是，作者在小膠質(zhì)細(xì)胞再生的小鼠中觀(guān)察到IL34基因表達(dá)的增加，這可能解釋了殘留的PLX抗性小膠質(zhì)細(xì)胞的增殖衍生的小膠質(zhì)細(xì)胞如何能夠重新填充大腦。 總之，我們證明，盡管存在A(yíng)β淀粉樣蛋白病理，但再生的小膠質(zhì)細(xì)胞尚未建立典型的DAM特征 。重要的是，重組的小膠質(zhì)細(xì)胞也顯示出較低的TREM2基因表達(dá)，這可以解釋在重組小膠質(zhì)細(xì)胞的小鼠和TREM2缺陷小鼠之間觀(guān)察到的類(lèi)似結(jié)果。
圖4 再生的小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出穩(wěn)態(tài)表型，T2KOBMDMs降解AD-tau較慢 TREM2調(diào)節(jié)AD-tau蛋白清除
由于在T2KO小鼠 中觀(guān)察到NP-tau播種增加，并且具有重新增殖的小膠質(zhì)細(xì)胞的小鼠顯示TREM2表達(dá)減少，因此作者通過(guò)將AD-tau與pHrodo結(jié)合的體外吞噬作用試驗(yàn)來(lái)測(cè)試TREM2對(duì)人tau攝取和降解的影響（圖4E-J） 。 作者首先用 AD-tau 處理來(lái)自 WT 或 T2KO 小鼠的骨髓衍生巨噬細(xì)胞 (BMDM)，孵育 4、12、24 和 48 小時(shí)。我們?cè)?WT 和 T2KO BMDMs 之間的平均熒光強(qiáng)度和陽(yáng)性細(xì)胞百分比上觀(guān)察到類(lèi)似的 AD-tau 攝取（圖4E,H） 。然而，當(dāng)作者用AD-tau處理骨髓基質(zhì)細(xì)胞1小時(shí)，然后評(píng)估48小時(shí)后tau降解時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在WT骨髓基質(zhì)細(xì)胞中pHrodo信號(hào)衰減得比在T2KO BMDMs中更快（圖4F,G,I，J） ，表明沒(méi)有 TREM2 的骨髓細(xì)胞中tau 降解存在缺陷。 這些結(jié)果表明，在具有重新填充和 T2KO 小膠質(zhì)細(xì)胞的小鼠中增加的 AD-tau 播種可能是小膠質(zhì)細(xì)胞 AD-tau 降解缺陷的結(jié)果。 Aβ 如何增強(qiáng) tau 病理學(xué)以驅(qū)動(dòng) AD 發(fā)病機(jī)制是疾病進(jìn)展的關(guān)鍵步驟，因?yàn)樗鼤?huì)驅(qū)動(dòng)神經(jīng)變性，需要更好地了解。 作者研究團(tuán)隊(duì)評(píng)估了藥物誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞再生是否能防止NP-tau的播散和擴(kuò)散，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞的消耗或TREM2缺乏增加了Aβ斑塊周?chē)鸂I(yíng)養(yǎng)不良神經(jīng)元中NP-tau病理的易感性以及tau病理的擴(kuò)散。小膠質(zhì)細(xì)胞的重新增殖也表現(xiàn)出NP-tau病理性增加，這很可能部分是由于重新增殖的小膠質(zhì)細(xì)胞未能從穩(wěn)態(tài)表型轉(zhuǎn)變?yōu)镈AM表型。 作者研究團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)支持TREM2依賴(lài)性小膠質(zhì)細(xì)胞激活在 Aβ 和 tau 病理學(xué)交叉點(diǎn)起關(guān)鍵作用。小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)?DAM 表型的能力似乎對(duì)限制 AD 中 Aβ 斑塊介導(dǎo)的 tau 發(fā)病機(jī)制至關(guān)重要。作者的研究團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)表明，在 AD 階段，當(dāng) Aβ 驅(qū)動(dòng) tau 播種和擴(kuò)散時(shí)，應(yīng)在治療上探索 TREM2 激活以及刺激小膠質(zhì)細(xì)胞 DAM 表型的其他方法。 精讀文獻(xiàn)請(qǐng)下載原文：
Maud Gratuze, Yun Chen, Samira Parhizkar, Nimansha Jain, Michael R Strickland, Javier Remolina Serrano, Marco Colonna, Jason D Ulrich, David M Holtzman. Activated microglia mitigate Aβ-associated tau seeding and spreading. J Exp Med.
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