带有血脑屏障转运载体的TREM2激活抗体增强阿尔茨海默病模型中的小胶质细胞代谢

A TREM2-activating antibody with a blood-brain barrier transport vehicle enhances microglial metabolism in Alzheimer's disease models

作者信息Bettina van Lengerich, Lihong Zhan, Dan Xia, Darren Chan, David Joy, Joshua I Park, David Tatarakis, Meredith Calvert, Selina Hummel, Steve Lianoglou, Michelle E Pizzo, Rachel Prorok, Elliot Thomsen, Laura M Bartos, Philipp Beumers, Anja Capell, Sonnet S Davis, Lis de Weerd, Jason C Dugas, Joseph Duque, Timothy Earr, Kapil Gadkar, Tina Giese, Audrey Gill, Johannes Gnörich, Connie Ha, Malavika Kannuswamy, Do Jin Kim, Sebastian T Kunte, Lea H Kunze, Diana Lac, Kendra Lechtenberg, Amy Wing-Sze Leung, Chun-Chi Liang, Isabel Lopez, Paul McQuade, Anuja Modi, Vanessa O Torres, Hoang N Nguyen, Ida Pesämaa, Nicholas Propson, Marvin Reich, Yaneth Robles-Colmenares, Kai Schlepckow, Luna Slemann, Hilda Solanoy, Jung H Suh, Robert G Thorne, Chandler Vieira, Karin Wind-Mark, Ken Xiong, Y Joy Yu Zuchero, Dolo Diaz, Mark S Dennis, Fen Huang, Kimberly Scearce-Levie, Ryan J Watts, Christian Haass, Joseph W Lewcock, Gilbert Di Paolo, Matthias Brendel, Pascal E Sanchez, Kathryn M Monroe
PMID36635496
发布时间2023-03
DOI10.1038/s41593-022-01240-0

实验完整度

包含体外iMG细胞实验、体内小鼠模型(TfRmu/hu、AppSAA、5×FAD、TREM2转基因)、scRNA-seq、代谢分析、PET成像等多层级验证,并包含功能验证(增殖、吞噬、代谢)和机制验证(信号通路、受体相互作用)。

主要模型

人iPSC来源的小胶质细胞(iMG) TfRmu/hu小鼠 AppSAA;TfRmu/hu小鼠 5×FAD;hTREM2 tg;TfRmu/hu小鼠

重点核对

ATV:TREM2的TfR亲和力及ATV与TREM2的结合 ATV:TREM2诱导pSyk信号和受体聚类 ATV:TREM2在体外促进iMG增殖和线粒体代谢的剂量和时间 体内模型中ATV:TREM2的脑暴露和药效学响应(如CSF1R水平) PET成像中TSPO和FDG信号的量化

摘要

TREM2功能缺失变异与阿尔茨海默病(AD)风险增加相关,提示激活这种先天免疫受体可能是一种有用的治疗策略。本文描述了一种高亲和力人TREM2激活抗体,其工程化改造了单价转铁蛋白受体(TfR)结合位点,称为抗体转运载体(ATV),以促进血脑屏障跨细胞转运。在小鼠外周给药后,ATV:TREM2与标准抗TREM2抗体相比,显示出改善的脑生物分布和增强的信号传导。在人类诱导多能干细胞(iPSC)来源的小胶质细胞中,ATV:TREM2诱导增殖并改善线粒体代谢。单细胞RNA测序和形态学分析显示,ATV:TREM2将小胶质细胞转变为代谢响应状态,这些状态与淀粉样蛋白病理诱导的状态不同。在AD小鼠模型中,ATV:TREM2增强了脑小胶质细胞活性和葡萄糖代谢。因此,ATV:TREM2代表了一种有前景的方法,以改善小胶质细胞功能并治疗AD患者中发现的脑代谢减退。

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
能否通过工程化改造的TREM2激活抗体(ATV:TREM2)改善脑内递送和增强小胶质细胞功能,从而治疗阿尔茨海默病?
核心机制
ATV:TREM2通过TfR结合增强TREM2受体聚类和内吞信号,激活mTOR和PLCG2通路,促进小胶质细胞增殖和线粒体代谢(脂肪酸氧化和葡萄糖氧化),从而改善小胶质细胞功能。
主要证据
体外iMG实验显示ATV:TREM2诱导增殖、增加线粒体呼吸和脂质代谢;体内小鼠模型(AppSAA、5×FAD)中ATV:TREM2增加了小胶质细胞活性和脑葡萄糖摄取(FDG-PET),并通过scRNA-seq和形态分析显示代谢状态转变。
研究意义
ATV:TREM2代表一种有前景的AD治疗策略,通过改善小胶质细胞功能和脑代谢减退来治疗疾病。

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

验证ATV增强抗体脑内递送和活性

测试ATV技术是否提高TREM2抗体的脑内暴露和靶向小胶质细胞的能力。

在TfRmu/hu小鼠中静脉注射ATV:4D9或4D9,通过ELISA检测脑内抗体浓度,并通过毛细管耗竭和IHC评估BBB转运和小胶质细胞共定位。

2

单细胞转录组分析小胶质细胞状态

研究ATV:4D9对小胶质细胞转录状态的影响及其与淀粉样病理的关系。

对WT;TfRmu/hu和AppSAA;TfRmu/hu小鼠给药后进行单细胞RNA测序,分析小胶质细胞亚群和基因表达变化。

3

抗体生成和表征

生成靶向人TREM2的激活抗体ATV:TREM2,并验证其结合和信号功能。

通过免疫小鼠产生抗体,进行SPR亲和力测定、表位作图和细胞实验验证其激活TREM2信号的能力。

4

探索ATV:TREM2作用机制

阐明ATV:TREM2增强TREM2信号的分子机制。

通过pSyk信号检测、co-IP、BioID聚类、免疫荧光等方法,研究TfR和TREM2的相互作用、内吞和内涵体信号。

5

体外验证小胶质细胞增殖和代谢功能

测试ATV:TREM2对人小胶质细胞增殖和代谢的影响。

在人iMG中检测mTOR信号通路、细胞增殖(EdU)、脂质代谢、线粒体呼吸和形态。

6

体内药效学评估

验证ATV:TREM2在体内的脑暴露和药效学效应。

在hTREM2 tg;TfRmu/hu小鼠中,给予不同剂量ATV:TREM2,检测脑和CSF中CSF1R水平、小胶质细胞增殖(EdU)、吞噬功能。

7

PET成像评估脑部小胶质细胞活性和葡萄糖代谢

在AD模型小鼠中验证ATV:TREM2对脑小胶质细胞活性和葡萄糖代谢的影响。

在5×FAD;hTREM2 tg;TfRmu/hu和WT;hTREM2 tg;TfRmu/hu小鼠中给药ATV:TREM2或同型对照,进行TSPO-PET和FDG-PET成像。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
驴抗人IgG抗体Jackson ImmunoResearch709-006-098
HRP标记的山羊抗人IgG抗体Jackson ImmunoResearch109-036-098
DMEM培养基Gibco11965092
胎牛血清HycloneSH30071.03
青霉素/链霉素Gibco15140-122
非必需氨基酸Gibco11140-050
EdUSanta Cruz Biotechnologysc-284628
Click-iT EdU成像试剂盒Thermo Fisher ScientificC10637
AlphaLISA试剂盒PerkinElmerALSU-PSYK-A10K
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素试剂盒Thermo Fisher ScientificA39257
链霉亲和素磁珠Resyn BiosciencesMR-STV005
mTOR单克隆抗体Cell Signaling Technology2983T
磷酸化mTOR抗体Cell Signaling Technology5536T
AKT单克隆抗体Cell Signaling Technology4691T
磷酸化Akt抗体Cell Signaling Technology9271T
磷酸化RPS6抗体Cell Signaling Technology4858T
磷酸化GSK-3β抗体Cell Signaling Technology5558T
β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology58169S
磷酸化4E-BP1抗体Cell Signaling Technology2855T
磷酸化Erk1/2抗体Cell Signaling Technology4370S
PVDF转印膜Bio-Rad17001917
ECL化学发光试剂Bio-Rad1705060
Seahorse XF细胞培养板Agilent--
XF长链脂肪酸氧化压力试剂盒Agilent--
XF葡萄糖氧化试剂盒Agilent--
BODIPY 493/503染料Thermo Fisher ScientificD3922
Alexa Fluor 647转铁蛋白偶联物InvitrogenT23366
抗磷酸化Syk抗体Cell Signaling Technology2711
抗EEA1抗体BD Biosciences610456
山羊抗Iba1抗体NovusNB100-1028
兔抗CD74抗体Abcamab245692
山羊抗Axl抗体R&D SystemsAF854
ProLong Glass防淬灭封片剂Thermo Fisher ScientificP36984
AZD8055Selleck ChemicalsS1555
依托莫昔----
UK5099----
CD11b-BV421抗体BioLegend101251
小鼠Fc受体阻断剂(抗CD16/32)BioLegend101320
碘化丙啶Miltenyi Biotec130-093-233
CountBright绝对计数微球InvitrogenC36950
成年脑组织解离试剂盒Miltenyi Biotec130-107-677
RNeasy Plus Micro试剂盒Qiagen74034
QuantSeq 3' mRNA文库制备试剂盒LexogenA01173

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
抗体表征
ATV:TREM2的TfR亲和力(1.4 μM)和TREM2亲和力(2 nM)
阅读提示:Methods:表1 和结果部分
体外iMG实验
细胞密度(25,000 cells/well),处理浓度(100 nM),处理时间(96小时)
阅读提示:Methods:iMG增殖试验
体内药效学
小鼠品系(hTREM2 tg;TfRmu/hu),给药剂量(1-30 mg/kg),给药方式(IV),检测时间点(1天、4天)
阅读提示:Methods:动物研究部分和图4
PET成像
小鼠品系(5×FAD;hTREM2 tg;TfRmu/hu),给药剂量(10 mg/kg),给药方式(IP),成像时间(1、4、8天),图像定量方法
阅读提示:Methods:PET成像研究