Nature：小胶质细胞参与阿尔茨海默病进展又有新发现！（关键词：免疫检查点分子TIM-3、TGFβ通路）

小胶质细胞是大脑中的常驻免疫细胞，在神经发育和神经炎症中起关键作用。近日，美国布莱根妇女医院和哈佛医学院Vijay K. Kuchroo在Nature发表相关文章，研究探讨了免疫检查点分子TIM-3（由HAVCR2编码）在小胶质细胞中的功能。TIM-3最近被确定为晚发性阿尔茨海默病的遗传风险因素，并且能够诱导T细胞耗竭，但其在脑小胶质细胞中的具体作用尚不清楚。作者在小鼠模型中发现，TGFβ信号通路可诱导小胶质细胞中TIM-3的表达。反过来，TIM-3通过其羧基末端尾部与SMAD2和TGFBR2相互作用，通过促进TGFBR介导的SMAD2磷酸化增强TGFβ信号传导，从而维持小胶质细胞的稳态。小胶质细胞中Havcr2的基因缺失会导致吞噬活性增加，并表现出与神经退行性小胶质细胞表型（MGnD，也称为疾病相关小胶质细胞，DAM）一致的基因表达谱。此外，针对小胶质细胞的Havcr2缺失可改善5×FAD小鼠（阿尔茨海默病转基因模型）的认知障碍并减少淀粉样β病理。单核RNA测序揭示了Havcr2缺失的5×FAD小鼠中一个MGnD小胶质细胞亚群，其特征是促吞噬和抗炎基因表达增加，同时促炎基因表达减少。这些转录组变化在Havcr2缺失的5×FAD小鼠的大多数小胶质细胞簇中通过单细胞RNA测序数据得到了验证。作者的研究结果表明，TIM-3通过TGFβ信号通路调控小胶质细胞稳态，并突出了靶向小胶质细胞TIM-3在阿尔茨海默病治疗中的潜在价值。

图1 Havcr2 基因敲除的小胶质细胞具有类似小胶质细胞衰老相关疾病的基因表达谱

对免疫检查点分子的基因表达模式的研究显示，Havcr2、Lag3和Vsir在小胶质细胞中的表达相较于外周免疫细胞亚群（包括脾脏巨噬细胞和单核细胞）更高。利用公开的小鼠大脑和人脑样本的单细胞转录组数据集，作者发现这些免疫检查点分子相较于中枢神经系统内的其他细胞类型（包括血管周围巨噬细胞）在小胶质细胞中有高度且特异性的表达，表明这些分子在两个物种的小胶质细胞中具有特定的作用。Havcr2、Lag3和Vsir在小鼠胚胎及出生后的发育过程中，其表达量随着TGFβ信号通路相关基因的增加而逐渐上升，这与小胶质细胞成熟相关的程序一致。作者的研究还验证了这些变化，并观察到出生后发育伴随着已知的小胶质细胞稳态基因表达增加，而MGnD基因表达减少。进一步的研究表明，TGFβ在诱导TIM-3于小胶质细胞中的表达上扮演了关键角色，而IL-27、M-CSF和GM-CSF对Havcr2、Lag3或Vsir的表达无显著影响，这与T细胞中由IL-27诱导的免疫检查点分子不同，提示存在一种独特的机制来激活小胶质细胞上的免疫检查点分子。条件性敲除小鼠中的Havcr2后，在非干扰条件下，TIM-3缺乏的小胶质细胞显示出明显的基因表达谱变化，包括MGnD特征基因的上调和稳态基因的下调。KEGG吞噬体特征评分在Havcr2cKO小胶质细胞中上调，表明它们处于促吞噬状态。此外，TIM-3缺乏的小胶质细胞中Lag3的上调可能是由于缺少TIM-3后的补偿机制所致。综上所述，TIM-3缺乏导致小胶质细胞呈现出类似于MGnD的状态改变，提示TIM-3的表达与维持小胶质细胞的稳态状态有关。

图2 Havcr2 基因敲除和 Tgfbr2 基因敲除的小胶质细胞具有与 SMAD2相关的相同基因表达变化

MGnD表型可由TGFβ信号的丧失驱动。Havcr2和TGFβ通路相关基因在发育过程中表达的逐渐增加暗示了它们在小胶质细胞中的协同作用。作者比较了Havcr2条件性敲除（Havcr2cKO）小胶质细胞与Tgfbr2条件性敲除（Tgfbr2cKO）小胶质细胞的基因表达谱，发现两者的差异表达基因显著重叠，包括上调的MGnD相关基因（如Axl、Ly9、Clec7a等）和下调的稳态基因（如Siglech、P2ry12等）。为深入研究TIM-3在小胶质细胞中的功能，作者通过免疫共沉淀和质谱分析（Co-IP-MS）鉴定其胞内结合伴侣。在Jurkat细胞中过表达Flag标签的TIM-3后，作者检测到TGFβ通路的关键分子SMAD2是TIM-3的潜在结合伴侣。进一步实验验证了TIM-3与SMAD2和TGFBR2形成三分子复合物，且不与磷酸化SMAD2（pSMAD2）、SMAD3或其他无关蛋白结合。利用人诱导多能干细胞衍生的小胶质细胞（iMG）和邻近连接实验，作者进一步确认了TIM-3、SMAD2和TGFBR2之间的相互作用。基于Havcr2cKO和Tgfbr2cKO小胶质细胞的相似基因表达谱以及TIM-3与SMAD2的结合，推测TIM-3可能通过SMAD2依赖机制发挥作用。对Havcr2cKO和对照小胶质细胞差异表达基因启动子区域的转录因子基序富集分析显示，SMAD2是这些区域中显著富集的转录因子之一，表明含有SMAD2结合基序的基因在Havcr2cKO小胶质细胞中显著富集。Havcr2cKO小胶质细胞中pSMAD2水平降低，而SMAD2蛋白水平不变，提示SMAD2信号减少。TGFβ刺激后，Havcr2cKO小胶质细胞中pSMAD2水平持续较低，而其他TGFβ通路相关基因无显著变化。在HEK293T和BV2细胞中过表达Havcr2或TIM-3可增加pSMAD2水平，但在缺乏TGFBR2或SMAD2的情况下该效应被消除。综上所述，这些数据表明TIM-3通过TGFBR促进SMAD2磷酸化，从而导致Havcr2cKO和Tgfbr2cKO小胶质细胞具有相似的基因表达谱。

图3 条件性敲除Havcr2基因的小胶质细胞可改善AD小鼠模型的认知功能，并减轻其大脑中的病理变化

先前研究表明小胶质细胞在AD发病机制中扮演重要角色，其中HAVCR2等基因在小胶质细胞中有高表达。作者在5×FAD AD转基因模型小鼠中研究了TIM-3的作用，通过将Havcr2flox与Cx3cr1-creErt2小鼠杂交并在6周龄时诱导条件性敲除Havcr2（Havcr2icKO），确保TIM-3缺失仅限于小胶质细胞而不影响外周免疫细胞。行为学测试显示，5×FAD小鼠表现出显著的认知障碍，而Havcr2条件性敲除部分缓解了这种缺陷，并恢复了10月龄时的焦虑样行为。Aβ斑块分析表明，在6月龄和7月龄时，Havcr2icKO:5×FAD小鼠脑内的Aβ斑块面积显著减少，且Clec7a+区域（反映MGnD数量）也减少，提示Aβ斑块表型因TIM-3缺失而变得毒性降低。此外，突触定量分析显示，5×FAD小鼠皮层中的突触数量减少，而在Havcr2icKO:5×FAD小鼠中未观察到这种减少，反映了神经毒性斑块的减少。综上所述，这些数据表明小胶质细胞中Havcr2的缺失能够增强其吞噬活性，从而改善AD病理特征，包括减轻认知障碍和减少Aβ斑块负荷。

图4 在AD模型中条件性敲除Havcr2基因的小鼠具有独特的小胶质细胞状态

作者在不同基因型间鉴定了多个小胶质细胞簇（C0至C7），其中最丰富的C0群体中，Havcr2icKO:5×FAD小鼠的小胶质细胞显示出与Tgfbr2cKO相似的基因表达谱，表明TGFβ信号是TIM-3在小胶质细胞中功能的基础机制。进一步分析MGnD样小胶质细胞（C2）沿TGFβ信号轴的分布时，发现Havcr2icKO:5×FAD C2小胶质细胞分为两个亚群（P1和P2）分别具有不同的TGFβ信号评分特征。P2表现出特异性基因表达特征，包括更强的吞噬能力和抗炎基因（如Il10ra、Nrp1和Arpc1b）的富集，并且相较于P1更倾向于表现为吞噬性小胶质细胞和Clec7a+ MGnD。此外，P2在人类AD数据集中显示较低的炎症状态（MG8），这与其抗炎和高吞噬能力一致。通过流式细胞术验证，Havcr2icKO:5×FAD小鼠MGnD群体中P2标志物（如IL-10RA和NRP1）显著上调，并观察到MGnD相关分子（如TREM2、AXL和CD9）以及吞噬相关分子CD68的表达增加。这些结果表明Havcr2缺失导致的小胶质细胞具有更高的反应性和吞噬活性，而TIM-3与TGFβ的相互作用可能是Havcr2icKO:5×FAD小鼠中MGnD样小胶质细胞变化的关键驱动因素。

总结

在这项研究中，作者发现通过条件性敲除TIM-3可以使小胶质细胞重新编程为一种具有神经保护作用的MGnD表型，其特征是增强的吞噬能力和减少的炎症反应。这些经过TIM-3敲除的小胶质细胞在5×FAD小鼠模型中不仅降低了Aβ斑块负荷还改善了认知功能。转录组分析表明，TIM-3的敲除能够解耦小胶质细胞中的促吞噬与促炎程序，促进一种保护性的微胶质细胞状态。值得注意的是，在携带APOE4的AD患者，特别是女性中也观察到MGnD特征的失调，表现为TIM-3表达增加和MGnD基因下调。这些结果强调了TIM-3在调节小胶质细胞功能中的关键作用，尤其是在APOE4相关的AD中，并支持将TIM-3抑制作为增强斑块清除和减轻神经退行性的靶向策略。这为治疗AD提供了一个新的视角，即通过调控特定分子调整小胶质细胞的功能状态以减缓疾病进展。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08852-z

参考文献

Kimura K, Subramanian A, Yin Z, Khalilnezhad A, Wu Y, He D, Dixon KO, Chitta UK, Ding X, Adhikari N, Guzchenko I, Zhang X, Tang R, Pertel T, Myers SA, Aastha A, Nomura M, Eskandari-Sedighi G, Singh V, Liu L, Lambden C, Kleemann KL, Gupta N, Barry JL, Durao A, Cheng Y, Silveira S, Zhang H, Suhail A, Delorey T, Rozenblatt-Rosen O, Freeman GJ, Selkoe DJ, Weiner HL, Blurton-Jones M, Cruchaga C, Regev A, Suvà ML, Butovsky O, Kuchroo VK. Immune checkpoint TIM-3 regulates microglia and Alzheimer's disease. Nature. 2025 Apr 9. doi: 10.1038/s41586-025-08852-z. Epub ahead of print. PMID: 40205047.

编译作者：六月（brainnews创作团队）

校审：Simon（brainnews编辑部）