小胶质细胞利用TAM受体检测和吞噬Aβ斑块

Microglia use TAM receptors to detect and engulf amyloid β plaques

作者信息Youtong Huang, Kaisa E Happonen, Patrick G Burrola, Carolyn O'Connor, Nasun Hah, Ling Huang, Axel Nimmerjahn, Greg Lemke
PMID33859405
发布时间2021-05
DOI10.1038/s41590-021-00913-5

实验完整度

包含多层级验证:单细胞转录组学、活体双光子成像、免疫组化、行为学测试等,并对TAM缺陷小鼠在细胞和整体水平进行功能与机制验证。

主要模型

APP/PS1小鼠模型 APP/PS1Axl−/−Mertk−/−小鼠模型 5xFAD小鼠模型(引用) 人AD脑组织(BRAAK 6期)

重点核对

确认TAM受体(Axl和Mer)在斑块相关小胶质细胞中的表达上调 验证Gas6和磷脂酰丝氨酸在Aβ斑块上的共定位 单细胞RNA-seq揭示TAM缺失对转录组的影响 体内双光子成像测量小胶质细胞对斑块的吞噬能力 Thioflavin S染色定量致密核心斑块负荷

摘要

两种小胶质细胞TAM受体酪氨酸激酶——Axl和Mer——已被认为与阿尔茨海默病(AD)相关,但它们在该疾病中的作用尚未经过实验验证。我们发现在AD及其小鼠模型中,淀粉样斑块相关小胶质细胞中Axl和Mer的诱导表达与TAM配体Gas6及其共配体磷脂酰丝氨酸对斑块的诱导装饰相偶联。在AD的APP/PS1小鼠模型中,Axl和Mer的基因敲除导致小胶质细胞无法正常检测、响应、组织或吞噬淀粉样β斑块。尽管存在这些重大缺陷,TAM缺陷的APP/PS1小鼠比具有正常小胶质细胞的APP/PS1小鼠发展出更少的致密核心斑块。我们的发现揭示了TAM系统是小胶质细胞识别和吞噬淀粉样斑块的关键介质,并且TAM驱动的小胶质细胞吞噬作用并不抑制,而是促进了致密核心斑块的发展。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
TAM受体(Axl和Mer)在阿尔茨海默病中是否介导小胶质细胞对Aβ斑块的识别和吞噬,并影响斑块形成。
核心机制
TAM受体(Axl和Mer)通过配体Gas6和共配体磷脂酰丝氨酸桥接小胶质细胞与Aβ斑块,驱动小胶质细胞对斑块的吞噬,从而促进致密核心斑块的构建。
主要证据
在APP/PS1小鼠中,Axl和Mer缺失导致小胶质细胞对斑块的检测、响应和吞噬能力下降(双光子成像显示吞噬量降低约10倍),并减少致密核心斑块的数量(约35%),而可溶性Aβ水平无显著差异。
研究意义
作者提出TAM介导的小胶质细胞吞噬作用不是抑制而是促进致密核心斑块形成,可能代表一种限制毒性Aβ寡聚体扩散的机制。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

检测TAM受体与配体在疾病中的表达

验证TAM受体(Axl、Mer)及其配体Gas6和磷脂酰丝氨酸是否在AD小鼠和人类中与Aβ斑块相关。

通过免疫组化检测APP/PS1和APP41小鼠及人AD脑组织中Axl、Mer、Gas6的表达;使用pSIVA检测磷脂酰丝氨酸在斑块上的外化。

2

单细胞转录组分析

探究TAM信号对小胶质细胞转录组状态的影响。

对18月龄APP/PS1和APP/PS1Axl−/−Mertk−/−小鼠皮层CD45+细胞进行单细胞RNA测序。

3

体内双光子成像动态监测小胶质细胞与斑块相互作用

实时观察TAM缺陷对小胶质细胞检测、结合和吞噬Aβ斑块的影响。

使用Cx3cr1GFP标记小胶质细胞,MX04标记斑块,对16月龄小鼠进行活体双光子成像。

4

量化斑块负荷与相关病理

评估TAM缺失对致密核心斑块形成的影响。

使用Thioflavin S染色定量不同基因型小鼠皮层和海马中致密核心斑块的密度。

5

行为学测试

评估TAM缺失对认知功能的影响。

进行场景恐惧条件化测试,评估恐惧获得和情境记忆。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证分子表达变化
验证细胞功能变化
验证机制链路
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
抗Axl抗体R&D SystemsAF854
抗Mer抗体eBioscienceDS5MMER
抗Gas6抗体R&D SystemsAF986
抗β淀粉样蛋白抗体(6E10克隆)Biolegend803001
抗Iba1抗体Wako019-19741
抗GFAP抗体Dakoz-334
抗切割Casp3抗体Cell Signaling Technology9661
抗CD68抗体BioRadMCA1957
抗RTN3抗体EMD MilliporeABN1723
抗Tmem119抗体AbcamAB209064
抗LAMP1抗体BD Biosciences553792
抗Trem2抗体R&D SystemsAF1729
抗CD31抗体R&D SystemsAF3628
抗层粘连蛋白抗体Sigma-AldrichL-9393
抗CD45-PE抗体Invitrogen12-9459-42
抗CD11b-FITC抗体Invitrogen11-0112-85
抗GAPDH抗体MilliporeMAB374
Hoechst 33258Sigma-AldrichB-2883
TrueBlack®脂褐素自发荧光淬灭剂Biotium23007
合成人Aβ1-42肽Anaspec20276
甲氧基-X04Tocris4920
pSIVA-IANBD™Novus BiologicalsNBP2-29382
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596026

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
小鼠模型
使用的转基因小鼠品系(APP/PS1、APP41等)、年龄、性别、饲养条件。
阅读提示:Methods - Mice
免疫组化
抗体浓度、抗原修复条件、封闭缓冲液、孵育时间。
阅读提示:Methods - Immunohistochemistry and histochemistry
单细胞RNA-seq
细胞分离方法、建库平台、测序深度、分析参数。
阅读提示:Methods - Single cell sequencing
两光子成像
小鼠准备、麻醉、手术窗口、成像参数、时间序列。
阅读提示:Methods - Surgery and animal preparation for in vivo two-photon imaging
斑块定量
Thioflavin S染色方案、图像分析参数(阈值、粒子分析)。
阅读提示:Methods - Immunohistochemistry and histochemistry; Figure 6
行为学
恐惧条件化测试的具体参数(声音、电击强度、时间间隔)、动物性别和年龄。
阅读提示:Methods - Contextual fear conditioning behavior test