越来越多的证据表明，神经炎症有助于并加剧阿尔茨海默病 (AD) 的发病机制。神经炎症被认为主要由神经胶质细胞（小胶质细胞和星形胶质细胞）驱动，并随着 AD 的神经退行性进展而升级。然而，在神经退行性变的不同阶段，尤其是疾病早期，神经胶质反应性和神经炎症反应的时空变化模式仍然未知。γ分泌酶复合物早老素 1(PS1)、早老素 2 (PS2) 基因和淀粉样蛋白前体蛋白 (APP) 基因的基本成分的突变已被确定为重要的家族性 AD 致病突变。虽然早发性家族性 AD 仅占 AD 病例总数的 4-6%，人们普遍认为PS和APP基因突变与 AD 发病机制密切相关。因此，研究PS的功能将有助于破译导致 AD 病理学的生物学机制。
研究结果
1、早老素 1/2 条件双敲除小鼠神经胶质增生的进行性增加
作者发现，2、3 和 4 个月时cDKO小鼠的皮层和海马中IBA1表达。在 2 个月大时，皮层和海马中的GFAP 和 IBA1蛋白质表达水平都没有改变（图 1A-F），仅在 3 个月和 4 个月大的 cDKO 小鼠的皮层中检测到更高的 IBA1 表达，而在海马中没有表达差异（图 1A、B、E、F）。进一步进行了实时 PCR (RT-PCR) 以探测 GFAP 的表达变化和骨髓细胞 2 (TREM2) 上表达的触发受体。作者还发现 cDKO 小鼠皮层中小胶质细胞表面免疫受体 TREM2 的表达显着增加（图 1G）。然而，在海马中，GFAP 的表达与所检查的所有年龄的对照组相当（图 1H），但在 3 个月时在 cDKO 小鼠中观察到 TREM2 表达显着增加（图 1H）。因此，cDKO 小鼠表现出与年龄相关的、进行性增加的神经胶质增生，皮层中的 GFAP 表达显着增加。
图1 cDKO 小鼠神经胶质基因的蛋白质和mRNA表达逐渐增加
2、早老素 1/2 条件双敲除小鼠 6 周和 2 个月时皮质星形胶质细胞增生和小胶质细胞增生增加
在 6 周时，cDKO 小鼠压后皮质（RS的GFAP 和 IBA1 反应性没有差异（图 3A-E）。免疫荧光染色和定量分析显示，在2个月大的cDKO小鼠RS中，星形胶质细胞和小胶质细胞的数量和阳性面积显着增加（图 2A-E）。
图2 RS中的星形胶质细胞反应性和小胶质细胞反应性增加
3、早老素 1/2 条件双敲除小鼠的皮质转录组学表征
作者取2个月大的cDKO小鼠皮层RNA进行转录组测序分析，以鉴定差异基因。分析显示，胶质细胞和炎症相关基因包括星形胶质细胞标志物 GFAP、炎症趋化因子 Ccl3、Ccl4、Ccl6 和 Ccl9 以及补体 C1qb 在 2 个月大的 cDKO 小鼠中均上调，这也扩展佐证了cDKO 小鼠在 3、5、6、10 个月大时的RNA-seq结果，表明由于早老素缺乏导致早期神经变性中早期神经胶质增生和炎症的参与。
4、神经胶质和炎症相关基因的时空表达模式
作者检测到Ccl3、Ccl4 和 Ccl6 表达的年龄依赖性增加，而 cDKO 小鼠的皮质和海马中的 Ccl2 和 Ccl5 表达没有改变。有趣的是，在 2 个月时，与对照相比，cDKO 小鼠的皮质中 Ccl4 mRNA 水平高度增加，比其他 Ccl 基因的上调出现得早得多，这表明 Ccl4 上调可能伴随或先于星形胶质细胞和小胶质细胞的激活，并且可能是预测神经变性发生和进展的早期事件。并且，与对照组相比，在 4 个月时，在 cDKO 小鼠的皮质中也观察到 Cath S 和 Cath Z 表达的增加。与对照组相比，cDKO 海马中这些组织蛋白酶基因的增加并不显着，这表明组织蛋白酶功能障碍可能是 cDKO 小鼠神经变性发病和进展的后期事件。
图3 cDKO 小鼠皮层和海马中趋化因子基因 mRNA 表达与年龄相关的增加
作者对6周、2、3 和 4 个月大的 cDKO 小鼠进行了比较和综合分析，以研究神经退行性过程早期阶段与大脑区域和年龄相关的神经炎症变化。发现早老素缺乏导致6周龄 cDKO 小鼠星形胶质细胞活化增加的早期发作，这比记忆缺陷出现更早，表明神经炎症可能参与早期神经退行性过程并导致后期记忆障碍。随着时间的推移，整个皮质中存在星形胶质细胞和小胶质细胞的激活，伴随着趋化因子和补体成分的显着上调，这种上调呈年龄依赖性和脑区特异性，让人联想到 AD 中与年龄相关的进行性神经退行性变。这些发现表明，在神经变性的早期阶段，改变星形胶质细胞和小胶质细胞的激活以及相关的炎症信号可能是预防神经变性发展的一种有吸引力的治疗策略。
参考文献
Peng W, Xie Y, Liao C, Bai Y, Wang H and Li C (2022) Spatiotemporal patterns of gliosis and neuroinflammation in presenilin 1/2 conditional double knockout mice. Front. Aging Neurosci. 14:966153. doi: 10.3389/fnagi.2022.966153
原文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnagi.2022.966153/full?utm_source=BN-AT19&utm_medium=wechat&utm_campaign=chinaad
编译作者: 原代美少女 (Brainnews创作团队)
校审: Simon (Brainnews编辑部)
