炎癥信使助長(zhǎng)了阿爾茨海默病

作為腦內(nèi)專職免疫細(xì)胞的小膠質(zhì)細(xì)胞，通常扮演著勤勉的守護(hù)者角色。它們清除微生物等入侵者，并掃除細(xì)胞碎片，包括阿爾茨海默病典型的淀粉樣斑塊。然而，隨著大腦衰老，小膠質(zhì)細(xì)胞群體呈現(xiàn)功能異質(zhì)性：部分細(xì)胞仍保持高效運(yùn)作，另一些則逐漸喪失神經(jīng)保護(hù)功能，轉(zhuǎn)而開(kāi)始分泌低水平的炎癥介質(zhì)。

其中一個(gè)信使是白細(xì)胞介素-12 （IL-12）。通過(guò)細(xì)致的分析，由柏林夏里特大學(xué)醫(yī)學(xué)院（Charité –Universit?tsmedizin Berlin）神經(jīng)病理學(xué)系主任 Frank Heppner 教授和馬克斯·德?tīng)柌紖慰朔肿俞t(yī)學(xué)中心（Max Delbrück Center，MDC）柏林醫(yī)學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)研究所（Berlin Institute for Medical Systems Biology）主任 Nikolaus Rajewsky 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，以及其他合作伙伴，已經(jīng)確定了 IL-12 可能如何觸發(fā)和加速阿爾茨海默病失智癥。他們的研究發(fā)表在《自然-衰老》（Nature Aging）雜志上[1]，為新的聯(lián)合療法鋪平了道路。

“幾十年來(lái)，阿爾茨海默病的研究幾乎只關(guān)注于淀粉樣蛋白和 tau 蛋白的沉積，而炎癥被認(rèn)為是一種副作用，” Heppner 說(shuō)，“直到我們才開(kāi)始認(rèn)識(shí)到炎癥過(guò)程可能是疾病進(jìn)展的主要驅(qū)動(dòng)因素?！?/span>

2012 年，Heppner 的實(shí)驗(yàn)室在《自然-醫(yī)學(xué)》（Nature Medicine）雜志上報(bào)告說(shuō)，阻斷 IL-12 和 IL-23 減少了小鼠阿爾茨海默病相關(guān)的大腦變化[2]?！暗覀儫o(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)揭示其潛在機(jī)制，” Heppner 解釋道。他推斷，單細(xì)胞分析可能會(huì)提供更有決定性的線索，所以他請(qǐng)求 Rajewsky 合作。

粘附纏結(jié)的腦細(xì)胞

在整個(gè)生命過(guò)程中，細(xì)胞根據(jù)它們的遺傳指令來(lái)對(duì)外界刺激做出反應(yīng)。研究人員利用單細(xì)胞分析來(lái)觀察這一過(guò)程，在數(shù)千個(gè)單個(gè)細(xì)胞中同時(shí)重建被讀取和翻譯成蛋白質(zhì)的基因。

這些分析產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)集，現(xiàn)在可以在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的幫助下進(jìn)行分析。然而，使用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是從組織樣本中分離單個(gè)細(xì)胞，而不損傷它們或引起意想不到的變化。

Rajewsky 解釋說(shuō)：“在衰老的小鼠的大腦中，尤其是那些有阿爾茨海默病斑塊的小鼠，細(xì)胞粘在一起，纏結(jié)在一起，幾乎不可能把它們干凈地分開(kāi)。”

他的團(tuán)隊(duì)花了幾年時(shí)間完善一個(gè)變通方案。他們從腦組織中提取細(xì)胞核并分析每個(gè)細(xì)胞中的 RNA，而不是分離整個(gè)細(xì)胞。通過(guò)與公開(kāi)的數(shù)據(jù)（如艾倫大腦圖譜）進(jìn)行交叉引用，他們可以確保他們的方法提供了所有細(xì)胞群的代表性快照。

在目前的研究中，他們對(duì)超過(guò) 8 萬(wàn)個(gè)細(xì)胞核的 RNA 進(jìn)行了測(cè)序，并制定了專門的工作流程來(lái)處理數(shù)據(jù)。他們還重建了細(xì)胞之間的通訊。

“我們的團(tuán)隊(duì)反復(fù)坐在一起，試圖解讀這些高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)，” Rajewsky 說(shuō)，“這種艱苦的早期優(yōu)化是至關(guān)重要的，如果沒(méi)有它，我們就無(wú)法檢測(cè)這些聯(lián)系。

共培養(yǎng)體系由形成神經(jīng)纖維（粉色）的神經(jīng)元和用髓鞘（白色）包裹這些神經(jīng)纖維的少突膠質(zhì)細(xì)胞組成。細(xì)胞核被染成藍(lán)色

IL-12如何損害阿爾茨海默病的大腦

IL-12，以前主要因其在自身免疫性疾病如克羅恩病和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中的作用而為人所知，現(xiàn)在似乎在阿爾茨海默病的進(jìn)展中起著關(guān)鍵作用。它會(huì)破壞兩種關(guān)鍵的腦細(xì)胞類型：成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞，通常會(huì)產(chǎn)生髓鞘——神經(jīng)纖維周圍的脂肪絕緣層，對(duì)快速信號(hào)傳遞至關(guān)重要；以及對(duì)認(rèn)知和記憶特別重要的中間神經(jīng)元。IL-12 與中間神經(jīng)元結(jié)合導(dǎo)致它們死亡。

一個(gè)惡性循環(huán)開(kāi)始了：隨著更多的小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生 IL-12，更多的腦細(xì)胞受到損害。與此同時(shí)，保留功能的小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)因清除額外的細(xì)胞碎片而負(fù)擔(dān)過(guò)重，從而無(wú)法清除阿爾茨海默病斑塊。

為了驗(yàn)證這一機(jī)制，研究人員在小鼠和人體組織中進(jìn)行了測(cè)試。當(dāng) Heppner 的團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞培養(yǎng)和小鼠模型中阻斷 IL-12 時(shí)，他們可以阻止與疾病相關(guān)的變化。在哥廷根馬克斯·普朗克多學(xué)科科學(xué)研究所（Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences in G?ttingen）拍攝的小鼠腦組織的電子顯微照片也顯示了髓鞘結(jié)構(gòu)和神經(jīng)纖維密度如何隨著 IL-12 信號(hào)通路的存在或缺失而改變。

蘇黎世大學(xué)（University of Zurich）的質(zhì)譜分析（脂質(zhì)組學(xué)）證實(shí)，富含脂肪的絕緣層的成分發(fā)生了改變。對(duì)阿爾茨海默病患者尸檢組織的研究進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)果——疾病越嚴(yán)重，組織中 IL-12 的含量越高。人少突膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)物對(duì) IL-12 也非常敏感。

當(dāng)白細(xì)胞介素-12被添加到細(xì)胞培養(yǎng)物中時(shí)，它導(dǎo)致神經(jīng)纖維（粉紅色）和少突膠質(zhì)細(xì)胞的減少，從而導(dǎo)致髓磷脂（白色）的丟失

潛在聯(lián)合療法

“我們現(xiàn)在對(duì)這一機(jī)制有了非常詳細(xì)的了解，單細(xì)胞技術(shù)起到了關(guān)鍵的催化作用。剩下的問(wèn)題是哪種細(xì)胞類型的 IL-12 影響第一個(gè)少突膠質(zhì)細(xì)胞，中間神經(jīng)元，或兩者同時(shí)，” Heppner 說(shuō)，他也是德國(guó)神經(jīng)退行性疾病研究中心（Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen，DZNE）神經(jīng)免疫學(xué)組組長(zhǎng)。

這項(xiàng)研究具有即時(shí)臨床轉(zhuǎn)化潛力，鑒于市面上已存在多種 IL-12 阻斷藥物。研究人員希望臨床醫(yī)生在他們的發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展臨床試驗(yàn)?！叭绻@些藥物被證明有效，將成為對(duì)抗阿爾茨海默病的新利器。該病并非單一成因，其病理機(jī)制中至少存在一條由免疫系統(tǒng)調(diào)控的通路（至少適用于部分患者）。減緩神經(jīng)變性需要聯(lián)合治療，” Heppner 強(qiáng)調(diào)。他補(bǔ)充說(shuō)，“由于 IL-12 水平可通過(guò)血液或腦脊液檢測(cè)，這種干預(yù)策略或可在疾病早期階段即啟動(dòng)?！?/span>

與此同時(shí)，柏林夏里特大學(xué)醫(yī)學(xué)院與馬克斯·德?tīng)柌紖慰朔肿俞t(yī)學(xué)中心的團(tuán)隊(duì)正在探索一種新的假設(shè)：大腦中的微塑料能否驅(qū)動(dòng)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生 IL-12？“小膠質(zhì)細(xì)胞可能很難處理微塑料，從而引發(fā)炎癥反應(yīng)，” Rajewsky 說(shuō)，“這可能揭示了環(huán)境因素和多發(fā)性疾病之間的聯(lián)系?！北M管這一假設(shè)尚未得到驗(yàn)證，但雙方團(tuán)隊(duì)均認(rèn)為這是一個(gè)具有說(shuō)服力和重要價(jià)值的研究方向。