通過功能性磁共振成像生成的整個(gè)大腦的多色圖像（經(jīng)過處理）。
圖片來源：美國國立衛(wèi)生研究院，國家精神衛(wèi)生研究所（侵刪）。
自 1906 年初次發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病（AD）以來，我們對它的科學(xué)認(rèn)識已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。然而在預(yù)測每個(gè)人的疾病如何進(jìn)展時(shí)，目前仍存在很大的不確定性。例如，我們不知道為什么有些人在確診后可以存活 20 年，而事實(shí)上確診后的平均存活年限只有 4 到 8 年（1)。2020 年初，兩項(xiàng)針對 β - 淀粉樣蛋白（Aβ，阿爾茨海默病的主要臨床表現(xiàn)為 Aβ 蛋白的積累（2)）的臨床試驗(yàn)均遭遇失敗——使得我們在對這種疾病認(rèn)知上的空白逐漸浮出水面。這些失敗，加上此前許多候選藥物無法減輕認(rèn)知能力下降的挫折，一些研究人員重新回到實(shí)驗(yàn)室——他們希望更好地了解與 AD 進(jìn)展相關(guān)的細(xì)胞類型，并鑒定新的藥物靶點(diǎn)（3)。
追蹤 AD 進(jìn)展過程中星形膠質(zhì)細(xì)胞的基因表達(dá)變化
據(jù)報(bào)道，非神經(jīng)元細(xì)胞在阿爾茨海默病的發(fā)作和進(jìn)展中起一定作用。然而，具體機(jī)制仍不清楚，部分原因在于這些細(xì)胞的異質(zhì)性讓傳統(tǒng)的大量細(xì)胞分析充滿挑戰(zhàn)（4,5)。認(rèn)識到這一基本問題后，來自耶路撒冷希伯來大學(xué)、魏茲曼研究所、Broad 研究所和麻省理工學(xué)院的研究人員聯(lián)合構(gòu)建了詳細(xì)的海馬體細(xì)胞分子圖譜，以鑒定這一腦區(qū)的非神經(jīng)元細(xì)胞群在 AD 中扮演的角色（5)。
為了構(gòu)建這些圖譜，研究人員采用 Chromium 單細(xì)胞基因表達(dá)技術(shù)，對野生型小鼠或轉(zhuǎn)基因 AD 小鼠模型海馬體中的 54,769 個(gè)單細(xì)胞核開展 RNA-seq 分析。他們的比較分析表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞可分為三種主要的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其中一種是 AD 模型所特有的。時(shí)間點(diǎn)分析表明，AD 特異性的亞群，又稱為疾病相關(guān)的星形膠質(zhì)細(xì)胞（DAA），出現(xiàn)在認(rèn)知能力下降之前，而且各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的發(fā)生率逐漸增加，反映出更晚期的疾病狀態(tài)。此外，這個(gè)亞群位于疾病表現(xiàn)較嚴(yán)重的大腦區(qū)域中 Aβ 斑塊的附近。
盡管動(dòng)物模型為了解疾病機(jī)制提供了一個(gè)很好的窗口，但從這些模型中獲得的結(jié)論并不一定能夠轉(zhuǎn)化到人類疾病。這項(xiàng)研究從這些結(jié)果與人類的相關(guān)性中排除了猜測，發(fā)現(xiàn)了衰老的死后大腦中三種不同轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的等效物以及 AD 患者中較高頻率的 DAA 樣細(xì)胞。這些結(jié)果表明了星形膠質(zhì)細(xì)胞在阿爾茨海默病（特別是 zuì 初的發(fā)病機(jī)制）中的動(dòng)態(tài)激活過程，并暗示 DAA 有望成為新的治療靶點(diǎn)。
健康大腦與重癥阿爾茨海默病大腦的比較。
圖片來源：美國國立衛(wèi)生研究院，國家衰老研究所（侵刪）。
TREM2 的治療潛力：從實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)到臨床前驗(yàn)證
小膠質(zhì)細(xì)胞是研究人員一直在重點(diǎn)研究的另一種非神經(jīng)元細(xì)胞。受體蛋白的變體，比如髓樣細(xì)胞觸發(fā)性受體 2（TREM2），與阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)（6)。2020 年 1 月，由華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的資深研究員 Marco Colonna 領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)在《Nature Medicine》雜志上發(fā)表文章，報(bào)道了一項(xiàng)全面的基因表達(dá)研究，對小鼠和人類大腦中與 TREM2 相關(guān)的轉(zhuǎn)錄變化進(jìn)行了分析（7)。
有趣的是，通過 Chromium 單細(xì)胞基因表達(dá)開展的單核測序表明，小鼠模型和人類大腦中的 AD 病癥所表達(dá)的轉(zhuǎn)錄特征大相徑庭。AD 小鼠模型含有一個(gè)獨(dú)特的活化小膠質(zhì)細(xì)胞群體，稱為疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞（DAM），其存在依賴于 Aβ 和 TREM2。相比之下，人類 AD 樣本中的小膠質(zhì)細(xì)胞群體，其轉(zhuǎn)錄特征與外周神經(jīng)損傷中觀察到的相似。不過，這還不是 TREM2 故事的 zuì 終結(jié)局。這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，表達(dá) TREM2 的 R47H 和 R62H 變體的患者在小膠質(zhì)細(xì)胞的激活上存在缺陷，這表明 TREM2 仍在人類 AD 發(fā)病機(jī)理中起到重要作用。
這些發(fā)現(xiàn)以及其他一些有希望的基礎(chǔ)研究，提出 TREM2 有可能成為良好的治療靶點(diǎn)。為了檢驗(yàn)這種可能性，Colonna 實(shí)驗(yàn)室的成員與專注于神經(jīng)退行性疾病的制藥公司 Alector LLC 合作，對 AL002c（一種抗人 TREM2 的激動(dòng)型單克隆抗體）是否能夠調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞激活以及 AD 進(jìn)行臨床前驗(yàn)證（8)。在確認(rèn) AL002c 能夠激活 hTREM2 后，他們采用 Chromium 單細(xì)胞基因表達(dá)技術(shù)來鑒定這種治療劑的急性給藥如何影響小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。
根據(jù)基因表達(dá)譜，他們將小膠質(zhì)細(xì)胞（n = 31,948）細(xì)分為穩(wěn)態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞、1 期 DAM、過渡性小膠質(zhì)細(xì)胞、增殖性小膠質(zhì)細(xì)胞，以及表達(dá) IFN 誘導(dǎo)基因的小膠質(zhì)細(xì)胞。AL002c 的小鼠急性給藥讓具有穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)錄圖譜的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量下降，并讓過渡性和增殖性小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量增加，而這兩種都是之前未發(fā)現(xiàn)的新亞型。在含有 TREM2 變體的轉(zhuǎn)基因小鼠中也觀察到這種誘導(dǎo)的增殖。
進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，持續(xù)的 AL002c 治療在總體上產(chǎn)生了積極的結(jié)果，包括絲狀 Aβ 斑塊和神經(jīng)突損害減少，受影響的行為減少，以及小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)減輕。這些臨床前評估以及人體初次 I 期臨床試驗(yàn)的安全性結(jié)果表明，AL002c 作為一種有希望的 AD 治療候選藥物，值得進(jìn)一步研究。
加深我們對 AD 的認(rèn)識
盡管科學(xué)家還在努力揭示阿爾茨海默病的分子基礎(chǔ)，但這些研究表明，有了單細(xì)胞 RNA-seq 等強(qiáng)大工具，他們?nèi)缃裼心芰?yīng)對疾病的生物學(xué)復(fù)雜性。隨著與疾病相關(guān)的細(xì)胞亞群的遺傳和功能差異得到更好的鑒定，科學(xué)家能夠解決之前無法回答的問題，清除影響我們?nèi)嬲J(rèn)識 AD 的障礙。之后，他們可使用這些基本發(fā)現(xiàn)去評估新的、更有希望的藥物靶點(diǎn)的臨床前可行性。
本文來源：10x Genomics（侵刪）
參考資料：
https://www.alz.org/alzheimers-dementia/facts-figures
https://www.advisory.com/daily-briefing/2020/02/12/alzheimers-disease
https://www.npr.org/sections/health-shots/2020/06/25/883026917/alzheimer-s-research-is-going-back-to-basics-to-find-best-way-forward
BD Strooper, E Karran. The Cellular Phase of Alzheimer’s Disease. Cell. 164, 603–615 (2016).
N Habib et al., Disease-Associated Astrocytes in Alzheimer’s Disease and Aging. Nat. Neurosci. 23, 701–706 (2020).
T K Ulland, M Colonna. TREM2 — A Key Player in Microglial Biology and Alzheimer Disease. Nat. Rev. Neurol. 14, 667–675 (2018).
Y Zhou et al., Human and Mouse Single-Nucleus Transcriptomics Reveal TREM2-Dependent and TREM2-Independent Cellular Responses in Alzheimer’s Disease. Nat. Med. 26, 131–142 (2020).
S Wang et al., Anti-Human TREM2 Induces Microglia Proliferation and Reduces Pathology in an Alzheimer’s Disease Model. J. Exp. Med. 217, e20200785 (2020).
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