Cell：小膠質(zhì)細胞導(dǎo)致阿爾茨海默Aβ沉積加劇、認知缺陷的新機制
近來的研究揭示了小膠質(zhì)細胞及其受體在神經(jīng)退行性疾病中影響Aβ蛋白和髓鞘碎片積累的關(guān)鍵作用。但協(xié)調(diào)小膠質(zhì)細胞神經(jīng)保護功能的關(guān)鍵胞內(nèi)分子仍不清楚。
美國弗吉尼亞大學(xué)神經(jīng)科學(xué)系腦免疫學(xué)和神經(jīng)膠質(zhì)細胞中心JohnR.Lukens團隊于2022年10月在CELL雜志發(fā)表文章“SYK coordinates neuroprotective microglial responses in neurodegenerative disease”，文章指出SYK調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的激活和功能，其功能受損與阿爾茨海默病和多發(fā)性硬化癥等神經(jīng)退行性疾病模型的惡化有關(guān)。
小膠SYK信號的缺失加劇AD和MS模型的疾病，SYK調(diào)節(jié)小膠的增殖和與Aβ的結(jié)合，SYK是小膠激活和AKT/GSK3b信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)毒性物質(zhì)的吞噬清除依賴于SYK。
圖一：小膠質(zhì)細胞SKY缺失導(dǎo)致5xFAD小鼠Aβ負荷量增加和斑塊組成改變
1. 小膠質(zhì)細胞中SYK信號限制Aβ累積
研究人員采用轉(zhuǎn)基因小鼠策略，構(gòu)建了小膠SKY條件性敲除的AD模型小鼠5xFADSykΔDMG（Sykfl/flCx3cr1ERT2Cre 5×FADmice），斷奶后予他莫昔芬2周食物誘導(dǎo)SKY缺失，結(jié)果顯示小膠SKY信號在控制Aβ聚集和緊湊方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，SYK信號缺失小鼠皮層、海馬、丘腦的Aβ蛋白積累增加，將Aβ壓實成斑塊的效率更低，Aβ斑塊更具絲狀密度更低，異常斑塊的球度低于對照組。ELISA結(jié)果顯示，模型組Aβ40和Aβ42的可溶性水平高于對照組。
圖二：5xFAD小鼠小膠質(zhì)細胞SYK缺失對神經(jīng)元健康造成負面影響并加重AD相關(guān)行為
2. 小膠質(zhì)細胞中SYK缺失導(dǎo)致AD模型小鼠神經(jīng)元健康和記憶損傷惡化
研究人員采用免疫熒光染色技術(shù)進一步評估了神經(jīng)元的健康狀況。SYK信號缺失小鼠大腦皮質(zhì)中與斑塊相關(guān)的營養(yǎng)不良神經(jīng)突起增加，斑塊周圍過度磷酸化蛋白高度累積，產(chǎn)生神經(jīng)毒性，細胞死亡增加。
行為學(xué)實驗提示，在Morris水迷宮測試中存在空間學(xué)習(xí)障礙和記憶受損，在高架十字迷宮實驗中表現(xiàn)出更高水平的冒險和探索行為。
圖三：SYK缺乏限制了小膠質(zhì)細胞的增殖及其與Aβ斑塊的關(guān)聯(lián)
3. SYK調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的增殖及其與Aβ的結(jié)合
采用免疫熒光染色技術(shù)對小膠質(zhì)細胞、Aβ蛋白及相關(guān)凋亡蛋白進行標記，研究人員觀察到，SYK信號缺失小鼠斑塊相關(guān)的小膠受到損害，且小膠細胞的數(shù)量少于對照組，但細胞凋亡并不是小膠數(shù)量減少的主要驅(qū)動因素。
圖四：5xFAD小鼠SYK缺陷小膠質(zhì)細胞的激活缺陷
4. SYK信號缺失時Aβ誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞活化受損
采用Sholl分析評估小膠質(zhì)細胞形態(tài)上的差異，結(jié)果顯示，SYK信號缺失小鼠海馬和皮質(zhì)區(qū)域非斑塊相關(guān)的小膠質(zhì)細胞的分支突起顯著增多。主成分分析顯示，SYK信號的缺失阻斷了Aβ存在時小膠質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)錄模式的改變。
SYK信號缺失導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞基因顯著改變。RNA-SEQ結(jié)果顯示，SKY信號缺失導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞的脂蛋白酯酶表達顯著下降。KEGG分析顯示，許多下調(diào)基因與神經(jīng)變性相關(guān)，且DAM階段2的基因下調(diào)最為顯著。PI3K/AKT信號可以調(diào)節(jié)AD中與小膠質(zhì)細胞激活相關(guān)過程和通路。磁珠分選實驗顯示，SKY信號缺失導(dǎo)致AKT和GS3Kβ磷酸化水平降低。
圖五：SYK在小膠質(zhì)細胞攝取和吞噬抗體過程中起關(guān)鍵作用
5. SYK調(diào)節(jié)Aβ的吞噬
研究人員采用免疫組化的方法測量了小膠的吞噬作用，發(fā)現(xiàn)SYK信號缺失的小膠吞噬作用受損。通過腹腔注射腦滲透染料，標記纖維抗體，并采用流式細胞技術(shù)以及使用GSK3b抑制劑等，再次證實SYK促進小膠對Aβ的吞噬，在缺乏SYK的情況下GSK3β信號失調(diào)會導(dǎo)致巨噬細胞吞噬Aβ功能缺陷。
6. 外源性激活CLEC7A-SYK信號通路促進Aβ清除
CLEC7A是一種在AD病理反應(yīng)中對小膠激活起重要作用的受體。而SYK是吞噬功能障礙的關(guān)鍵，因此研究人員通過腦立體定位注射向海馬腦區(qū)注射Aβ-D-葡聚糖和CLEC7A配體，并通過免疫熒光法檢測Aβ水平，結(jié)果表明CLEC7A刺激的SYK信號可以增強小膠質(zhì)細胞的吞噬反應(yīng)。
圖六：小膠質(zhì)細胞中SYK缺失阻礙EAE DAM的形成
7. SYK在脫髓鞘神經(jīng)炎性疾病中調(diào)節(jié)DAM的產(chǎn)生
研究人員發(fā)現(xiàn)，SKY缺失小鼠出現(xiàn)更重的癱瘓和更嚴重的脫髓鞘。利用scRNA-seq,發(fā)現(xiàn)了6個獨特的小膠細胞群。根據(jù)小膠的成熟狀態(tài)及是否受SKY信號影響對小膠細胞進行為時間分析，研究人員揭示了3條潛在途徑：
1、從穩(wěn)態(tài)到高代謝和M1途徑；
2、到CD36hi途徑；
3、到DAM和M2途徑。
SYK信號缺失時，更遵循途徑2，SYK存在時更遵循途徑3。
為了更好地理解DAM集群驅(qū)動的生物過程，使用DAM決定性基因做plotKEGG和吞噬相關(guān)GO術(shù)語，發(fā)現(xiàn)共有術(shù)語包括“吞噬小體”、“異常吞噬細胞形態(tài)”和“小膠質(zhì)細胞病原體吞噬途徑”。
圖七：脫髓鞘疾病期間小膠質(zhì)細胞SYK信號的破壞導(dǎo)致受損的髓鞘碎片積聚和少突膠質(zhì)細胞發(fā)育受損
8. 脫髓鞘病小膠質(zhì)細胞SYK信號缺陷導(dǎo)致髓鞘碎片堆積和少突膠質(zhì)細胞增殖受損
SYK缺失小鼠中受損地髓鞘堿性蛋白在脫髓鞘和髓鞘再形成過程中明顯增加，內(nèi)穩(wěn)態(tài)下，小膠中SYK缺乏對少突的數(shù)量沒有明顯影響。但導(dǎo)致了脫髓鞘疾病模型中受損髓鞘清除的顯著缺陷。
總 結(jié)
文章提出在AD模型小鼠中，小膠質(zhì)細胞SYK缺失會導(dǎo)致阿爾茨海默病Aβ沉積加劇、神經(jīng)病理加重和認知缺陷。SYK信號的缺失阻礙了疾病相關(guān)小膠質(zhì)細胞的發(fā)展，改變了AKT/GSK3β信號，限制小膠質(zhì)細胞的吞噬作用。
此外，在脫髓鞘疾病中，SYK信號對小膠質(zhì)細胞的吞噬和DAM的獲取不可或缺。總而言之，這些結(jié)果拓寬了對關(guān)鍵的先天免疫信號分子的理解，這些分子促進有益的小膠質(zhì)細胞功能，對神經(jīng)毒性物質(zhì)做出響應(yīng)。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.09.030
參考文獻：
Ennerfelt H, Frost EL, Shapiro DA, Holliday C, Zengeler KE, Voithofer G, Bolte AC, Lammert CR, Kulas JA, Ulland TK, Lukens JR. SYK coordinates neuroprotective microglial responses in neurodegenerative disease. Cell. 2022 Oct 27;185(22):4135-4152.e22. doi: 10.1016/j.cell.2022.09.030. Epub 2022 Oct 17. PMID: 36257314; PMCID: PMC9617784.
編譯作者：zouki（brainnews創(chuàng)作團隊）
校審：Simon（brainnews編輯部）
