南京大學(xué)閆超/劉翔宇/陳迪俊合作揭示全新星形膠質(zhì)細(xì)胞LARA新作用
北京時(shí)間2023年3月21日凌晨0時(shí)，南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院閆超教授、陳迪俊教授、南京鼓樓醫(yī)院神經(jīng)外科劉翔宇主任團(tuán)隊(duì)合作在Nature Neuroscience 在線發(fā)表論文，首次揭示TLE患者大腦中存在一種全新的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞——脂質(zhì)堆積的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞（lipid-accumulated reactive astrocyte, 簡(jiǎn)稱LARA），并表現(xiàn)出獨(dú)特的分子表型和功能。
該團(tuán)隊(duì)證明了LARA通過(guò)上調(diào)腺苷A2A受體表達(dá)，加劇了神經(jīng)元的興奮性，促進(jìn)癲癇的疾病發(fā)展。
癲癇是最常見(jiàn)的神經(jīng)疾病之一，人群中約占高達(dá)1%，而其中30%的患者會(huì)進(jìn)展成耐藥性癲癇，特別是顳葉性癲癇（TLE），此類患者一般只能通過(guò)手術(shù)切除進(jìn)行治療。膠質(zhì)淤痕是其典型病理特征之一，反應(yīng)型星形膠質(zhì)細(xì)胞是膠質(zhì)淤痕重要的細(xì)胞組分，但對(duì)于其在癲癇中的分子特征以及在疾病進(jìn)展過(guò)程中的作用，我們知之甚少。
近年來(lái)，人們使用病人樣本進(jìn)行單細(xì)胞核測(cè)序，根據(jù)不同的分子表型鑒定出了不同反應(yīng)型星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群，包括神經(jīng)炎癥星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)毒性反應(yīng)型星形膠質(zhì)細(xì)胞和疾病相關(guān)星形膠質(zhì)細(xì)胞。這些星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群在不同的神經(jīng)系統(tǒng)疾病中扮演著不同的角色，或“神經(jīng)保護(hù)”，或“神經(jīng)毒性”。而對(duì)于癲癇來(lái)說(shuō)，這些已知的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞是否存在，并是否與在其他疾病中表現(xiàn)出相似的功能表型；或者是否存在其他類型的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，扮演著什么樣的角色，仍然有待探究。
研究人員首先利用磁共振波譜（MRS），發(fā)現(xiàn)在TLE病人病灶側(cè)脂質(zhì)信號(hào)明顯高于其正常側(cè)，提示了脂質(zhì)異常堆積。進(jìn)一步使用免疫熒光和脂代謝組分析，在病人人腦樣本和小鼠模型中發(fā)現(xiàn)了，神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)了異常的脂堆積（圖1）。
圖1. TLE病人病灶出現(xiàn)異常脂堆積
為了探究異常癲癇患者異常的脂堆積是否會(huì)引起相關(guān)脂代謝基因變化，研究團(tuán)隊(duì)收集了TLE患者和正常對(duì)照腦組織樣本進(jìn)行了單核RNA測(cè)序（sn-RNA seq）。發(fā)現(xiàn)TLE患者中，神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞脂代謝和脂轉(zhuǎn)運(yùn)信號(hào)通路都異常激活。其中星形膠質(zhì)細(xì)胞變化尤為顯著，并且載脂蛋白APOE在星形膠質(zhì)細(xì)胞中顯著上調(diào)。
載脂蛋白APOE是否介導(dǎo)了星形膠質(zhì)細(xì)胞異常脂堆積？為了解決這一疑問(wèn)，團(tuán)隊(duì)分別構(gòu)建了APOE KO和星形膠質(zhì)細(xì)胞APOE cKO癲癇小鼠模型，發(fā)現(xiàn)均能有效改善星形膠質(zhì)細(xì)胞中異常脂堆積（圖2）。結(jié)合離體神經(jīng)元-星形膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證明了在癲癇中，神經(jīng)元過(guò)度興奮產(chǎn)生大量脂質(zhì)，然后被星形膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的APOE轉(zhuǎn)運(yùn)到星形膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致其異常脂堆積。
圖2. 星形膠質(zhì)細(xì)胞APOE cKO逆轉(zhuǎn)癲癇小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞異常脂堆積
那么，這些脂堆積異常的星形膠質(zhì)細(xì)胞是否是一群新的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞？在TLE中的作用是什么？基于這兩個(gè)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)單核RNA測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步分析，將星形膠質(zhì)細(xì)胞細(xì)分為6個(gè)亞群，其中A4亞群表現(xiàn)出脂質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因顯著高表達(dá)，同樣該亞群也表現(xiàn)出最高的APOE表達(dá)水平。因其轉(zhuǎn)錄組特征不同于之前已報(bào)道過(guò)的任何一種反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞亞型，研究者將這個(gè)亞群定義為“脂堆積的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞”，英文簡(jiǎn)稱為LARA（圖3）。
為了進(jìn)一步探究LARA在癲癇中的功能，研究者對(duì)APOE KO和APOE cKO小鼠中進(jìn)行癲癇造模，發(fā)現(xiàn)均能有效改善癲癇癥狀，同時(shí)APOE敲除也能逆轉(zhuǎn)絕大部分LARA相關(guān)基因的表達(dá)，證明了APOE是LARA形成的必要條件，LARA具有促癲癇的作用。最后，該團(tuán)隊(duì)還初步探索了LARA促癲癇的潛在分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)LARA可能通過(guò)上調(diào)腺苷A2A受體來(lái)發(fā)揮促癲癇作用。腺苷A2AR抑制劑或AAV特異性敲低星形膠質(zhì)細(xì)胞上的腺苷A2A受體，都能夠改善模型小鼠的癲癇癥狀。
這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)在TLE患者病灶區(qū)存在異常脂堆積現(xiàn)象，定義了一種全新的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞亞型——LARA，并系統(tǒng)研究LARA在TLE中的分子表型和功能表型；同時(shí)還首次揭示了APOE在癲癇疾病進(jìn)展中的作用。提出了靶向LARA或調(diào)控脂代謝可能成為耐藥性癲癇的全新治療策略。
圖文摘要：LARA的形成及其在癲癇中的作用
原文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41593-023-01288-6
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