通過功能性磁共振成像生成的整個大腦的多色圖像（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，我們對它的科學認識已經(jīng)有了很大的進步。然而在預測每個人的疾病如何進展時，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，而事實上確診后的平均存活年限只有 4 到 8 年（1)。2020 年初，兩項針對 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)）的臨床試驗均遭遇失敗——使得我們在對這種疾病認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知能力下降的挫折，一些研究人員重新回到實驗室——他們希望更好地了解與 AD 進展相關的細胞類型，并鑒定新的藥物靶點（3)。
追蹤 AD 進展過程中星形膠質(zhì)細胞的基因表達變化
據(jù)報道，非神經(jīng)元細胞在阿爾茨海默病的發(fā)作和進展中起一定作用。然而，具體機制仍不清楚，部分原因在于這些細胞的異質(zhì)性讓傳統(tǒng)的大量細胞分析充滿挑戰(zhàn)（4,5)。認識到這一基本問題后，來自耶路撒冷希伯來大學、魏茲曼研究所、Broad 研究所和麻省理工學院的研究人員聯(lián)合構建了詳細的海馬體細胞分子圖譜，以鑒定這一腦區(qū)的非神經(jīng)元細胞群在 AD 中扮演的角色（5)。
為了構建這些圖譜，研究人員采用 Chromium 單細胞基因表達技術，對野生型小鼠或轉(zhuǎn)基因 AD 小鼠模型海馬體中的 54,769 個單細胞核開展 RNA-seq 分析。他們的比較分析表明，星形膠質(zhì)細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。時間點分析表明，AD 特異性的亞群，又稱為疾病相關的星形膠質(zhì)細胞（DAA），出現(xiàn)在認知能力下降之前，而且各個時間點的發(fā)生率逐漸增加，反映出更晚期的疾病狀態(tài)。此外，這個亞群位于疾病表現(xiàn)較嚴重的大腦區(qū)域中 Aβ 斑塊的附近。
盡管動物模型為了解疾病機制提供了一個很好的窗口，但從這些模型中獲得的結論并不一定能夠轉(zhuǎn)化到人類疾病。這項研究從這些結果與人類的相關性中排除了猜測，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 樣細胞。這些結果表明了星形膠質(zhì)細胞在阿爾茨海默病（特別是 zuì 初的發(fā)病機制）中的動態(tài)激活過程，并暗示 DAA 有望成為新的治療靶點。
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：從實驗室發(fā)現(xiàn)到臨床前驗證
小膠質(zhì)細胞是研究人員一直在重點研究的另一種非神經(jīng)元細胞。受體蛋白的變體，比如髓樣細胞觸發(fā)性受體 2（TREM2），與阿爾茨海默病的風險增加相關（6)。2020 年 1 月，由華盛頓大學醫(yī)學院的資深研究員 Marco Colonna 領導的國際研究團隊在《Nature Medicine》雜志上發(fā)表文章，報道了一項全面的基因表達研究，對小鼠和人類大腦中與 TREM2 相關的轉(zhuǎn)錄變化進行了分析（7)。
有趣的是，通過 Chromium 單細胞基因表達開展的單核測序表明，小鼠模型和人類大腦中的 AD 病癥所表達的轉(zhuǎn)錄特征大相徑庭。AD 小鼠模型含有一個獨特的活化小膠質(zhì)細胞群體，稱為疾病相關的小膠質(zhì)細胞（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 終結局。這項研究還發(fā)現(xiàn)，表達 TREM2 的 R47H 和 R62H 變體的患者在小膠質(zhì)細胞的激活上存在缺陷，這表明 TREM2 仍在人類 AD 發(fā)病機理中起到重要作用。
這些發(fā)現(xiàn)以及其他一些有希望的基礎研究，提出 TREM2 有可能成為良好的治療靶點。為了檢驗這種可能性，Colonna 實驗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 的激動型單克隆抗體）是否能夠調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞激活以及 AD 進行臨床前驗證（8)。在確認 AL002c 能夠激活 hTREM2 后，他們采用 Chromium 單細胞基因表達技術來鑒定這種治療劑的急性給藥如何影響小膠質(zhì)細胞的激活。
根據(jù)基因表達譜，他們將小膠質(zhì)細胞（n = 31,948）細分為穩(wěn)態(tài)小膠質(zhì)細胞、1 期 DAM、過渡性小膠質(zhì)細胞、增殖性小膠質(zhì)細胞，以及表達 IFN 誘導基因的小膠質(zhì)細胞。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)細胞數(shù)量下降，并讓過渡性和增殖性小膠質(zhì)細胞的數(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的增殖。
進一步的實驗表明，持續(xù)的 AL002c 治療在總體上產(chǎn)生了積極的結果，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)細胞炎癥反應減輕。這些臨床前評估以及人體初次 I 期臨床試驗的安全性結果表明，AL002c 作為一種有希望的 AD 治療候選藥物，值得進一步研究。
加深我們對 AD 的認識
盡管科學家還在努力揭示阿爾茨海默病的分子基礎，但這些研究表明，有了單細胞 RNA-seq 等強大工具，他們?nèi)缃裼心芰獙膊〉纳飳W復雜性。隨著與疾病相關的細胞亞群的遺傳和功能差異得到更好的鑒定，科學家能夠解決之前無法回答的問題，清除影響我們?nèi)嬲J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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