阿尔茨海默病患者免疫后淀粉样蛋白-β清除的小胶质细胞机制

Microglial mechanisms drive amyloid-β clearance in immunized patients with Alzheimer's disease

作者信息Lynn van Olst, Brooke Simonton, Alex J Edwards, Anne V Forsyth, Jake Boles, Pouya Jamshidi, Thomas Watson, Nate Shepard, Talia Krainc, Benney Mr Argue, Ziyang Zhang, Joshua Kuruvilla, Lily Camp, Mengwei Li, Hang Xu, Jeanette L Norman, Joshua Cahan, Robert Vassar, Jinmiao Chen, Rudolph J Castellani, James Ar Nicoll, Delphine Boche, David Gate
PMID40050704
期刊Nat Med
发布时间2025-05
DOI10.1038/s41591-025-03574-1

实验完整度

研究包含空间转录组学、单细胞RNA测序、活体患者样本(AN1792和伦坎单抗治疗病例)以及多种验证(如免疫组化、空间蛋白质组学),并包括功能相关分析(如代谢重编程、补体信号)。

主要模型

AN1792免疫接种AD患者脑组织 伦坎单抗治疗AD患者脑组织 未免疫接种AD和神经非疾病对照脑组织 ROSMAP DLPFC样本

重点核对

AN1792组与nAD和NND对照的年龄、性别匹配 伦坎单抗病例与对照APOE ε4/ε4基因型及AD病理匹配 Aβ清除评估基于淀粉样斑块覆盖率的组织学量化 抗体反应(AN1792滴度)与APOE及TREM2表达的相关性 空间转录组学数据处理中gDNA百分比作为协变量

摘要

阿尔茨海默病(AD)的治疗方法利用淀粉样蛋白-β(Aβ)免疫接种在临床试验中显示出潜力。然而,在免疫接种的AD大脑中驱动Aβ清除的机制仍不清楚。在这里,我们使用空间转录组学来探讨主动和被动Aβ免疫接种对AD大脑的影响。我们比较了主动免疫接种的AD患者与未免疫接种的AD患者和神经健康对照,识别出与Aβ清除相关的不同小胶质细胞状态。利用高分辨率空间转录组学结合单细胞RNA测序,我们更深入地研究了伦坎单抗治疗后参与Aβ清除的转录途径。我们揭示了按大脑区域变化的空间上不同的小胶质细胞反应。我们的分析揭示了在免疫接种方法中,小胶质细胞中触发受体在髓样细胞2(TREM2)和载脂蛋白E(APOE)表达上调,这与抗体反应和Aβ清除呈正相关。此外,我们显示脑髓样细胞中的补体信号传导有助于免疫接种后的Aβ清除。这些发现为协调Aβ清除的转录机制提供了新的见解,并揭示了小胶质细胞在免疫介导的Aβ清除中的作用。重要的是,我们的工作发现了可能增强针对Aβ的免疫疗法的潜在分子靶点,为开发更有效的AD治疗策略提供了新途径。

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
主动和被动Aβ免疫接种后AD脑内Aβ清除的细胞机制是什么?
核心机制
小胶质细胞通过上调APOE和TREM2,并增强补体信号传导和代谢重编程(如氧化磷酸化),介导Aβ的清除。
主要证据
空间转录组学显示免疫后小胶质细胞中APOE和TREM2显著上调,且与抗体滴度和Aβ清除率正相关;单细胞RNA测序识别出与Aβ清除相关的特定小胶质细胞状态。
研究意义
为Aβ免疫疗法提供潜在分子靶点,有助于改进治疗策略,特别是在考虑APOE基因型影响的情况下。

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

分析主动免疫接种后Aβ斑块周围的炎症反应

探究AN1792免疫后Aβ斑块周围的转录组变化,验证炎症反应

对13个iAD、6个nAD和6个NND的额叶皮层组织块进行空间转录组学,比较免疫后Aβ斑块周围的基因表达差异

2

定义免疫接种后小胶质细胞的表型差异

确定主动免疫接种后小胶质细胞亚型与Aβ清除程度的关系

使用Cell2Location反卷积空间转录组数据,结合单核RNA测序参考图谱,分析小胶质细胞富集区域的差异表达基因,并利用免疫荧光验证关键蛋白表达

3

单细胞水平分析被动免疫接种后的免疫反应

在单个细胞水平上解析伦坎单抗治疗后的免疫细胞变化,尤其是小胶质细胞和巨噬细胞

对伦坎单抗病例和三个nAD对照的四个脑区进行固定RNA的单细胞RNA测序,注释细胞类型,分析差异表达基因和通路,并识别小胶质细胞亚型

4

空间蛋白质组学解析Aβ斑块微环境中的免疫反应

在空间水平上同时检测RNA和蛋白质,探究免疫接种后Aβ斑块周围的免疫反应

对伦坎单抗病例和nAD对照的相邻切片进行空间蛋白质组学分析,使用31个抗体检测免疫蛋白,并整合转录组数据分析差异表达蛋白

5

整合分析主动和被动免疫接种的共有小胶质细胞反应

确定主动和被动免疫接种驱动Aβ清除的共有和独特机制

整合所有数据,对Aβ富集的皮层斑点进行聚类,分析细胞类型、差异表达基因和高斯过程回归,并比较小胶质细胞亚型丰度,验证关键基因

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
QIAamp DNA FFPE组织试剂盒Qiagen56404
Visium CytAssist空间基因表达试剂盒10x Genomics--
Visium人类转录组探针集v2.010x Genomics--
人类FFPE免疫分析PanelBioLegend, Abcam--
DAPIThermo Fisher62248
兔抗IBA1抗体WAKO--
小鼠抗泛Aβ抗体(4G8)BioLegend800708
TrueBlack Plus脂褐素自发荧光淬灭剂Biotum23014
泛Aβ抗体(D54D2)Cell Signaling8243
AT8抗体Thermo Fisher ScientificMN1020
山羊抗IBA1抗体Abcamab5076
小鼠抗CD68抗体(KP1)Abcamab955
山羊抗APOE抗体Sigma-Aldrichab947
兔抗TMS1/ASC抗体Abcamab309497
兔抗A2M抗体Abcamab109422
兔抗APOC1抗体Abcamab198288
兔抗SPP1抗体Abcamab8448
正常山羊血清Abcamab7481
Triton XAcros Organics21568-2500
DAB显色剂DakoK3468
Cytoseal封片剂Epredia8312-4
ProLong Gold抗淬灭封片剂Fisher ScientificP36934
EVOS M7000成像系统Thermo Fisher ScientificAMF7000
Illumina NovaSeq 6000Illumina--
Illumina NovaSeq X PlusIllumina--
BioMark HD实时PCR系统Fluidigm--
TaqMan SNP基因分型分析Applied Biosystems--

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
空间转录组学(AN1792)
组织:FFPE额叶皮层,切片厚度5-μm;捕获区域大小:6.5×6.5 mm;RNA质量指标(RIN);gDNA百分比;covariates (sex, age, average genes detected, gDNA percentage)
阅读提示:Methods: ST; Data preprocessing
空间转录组学(伦卡尼单抗)
组织:FFPE,切片厚度5-μm;捕获区域大小:11×11 mm;排除出血区域;gDNA百分比;协变量(brain region, CDR, gDNA percentage)
阅读提示:Methods: Spatial proteogenomics; Data preprocessing
单细胞RNA测序
FFPE切片厚度25-μm;固定RNA测序流程(10x Chromium Fixed RNA Profiling);细胞输入数量;SoupX背景校正参数;双细胞去除(DoubletFinder)参数;gDNA百分比
阅读提示:Methods: scRNA-seq; Data preprocessing
免疫组织化学
抗体稀释度:pan-Aβ 1:100,pTau 1:500;抗原修复条件(95°C 30分钟, citrate pH 6.0 或 Tris-EDTA pH 9.0);封闭液成分
阅读提示:Methods: IHC
免疫荧光
抗体稀释度:IBA1 1:150或1:400,Aβ 1:250或1:1000,CD68 1:400,APOE 1:500等;抗原修复条件;封闭液成分
阅读提示:Methods: Immunofluorescence