2023年11月16日，圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院（Washington University School of Medicine，WUSM）的研究者Neuron上發(fā)表了篇名為“Amelioration of Tau and ApoE4-linked glial lipid accumulation and neurodegeneration with an LXR agonist” 的研究型論文，其中第一作者為 Alexandra Litvinchuk 博士。Litvinchuk 等人使用脂質(zhì)組學(xué)與免疫染色相結(jié)合，證明 ApoE 促進(jìn) 9.5 月齡的 P301S 小鼠神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中膽固醇代謝和脂質(zhì)積累的變化。LXR激動(dòng)劑GW3965 飲食和 Abca1 過表達(dá)顯著減少 9.5 月齡 P301S/ApoE4 小鼠的 tau 蛋白病、神經(jīng)變性、突觸損失和行為缺陷、神經(jīng)炎癥和神經(jīng)膠質(zhì)脂質(zhì)積累。這些數(shù)據(jù)表明，促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞脂質(zhì)的流出可能改善 tau 蛋白和 ApoE4 相關(guān)神經(jīng)變性，是一種潛在的治療方法。

1. ApoE4對(duì)9.5月齡P301S小鼠前腦中膽固醇代謝的影響

首先，研究者通過對(duì)TE4小鼠進(jìn)行腦區(qū)神經(jīng)退行性變化的觀察，發(fā)現(xiàn)其在海馬、內(nèi)嗅皮質(zhì)和梨狀皮質(zhì)等腦區(qū)表現(xiàn)出明顯的神經(jīng)退行性變，并伴有比TE3小鼠心室增大。相比之下，TEKO小鼠在很大程度上避免了神經(jīng)變性。此外，脂質(zhì)組學(xué)分析揭示了ApoE4小鼠膽固醇代謝的紊亂，尤其在與tau依賴性相關(guān)的脂質(zhì)類別中存在顯著差異。研究者還進(jìn)一步探究了tau蛋白病對(duì)不同ApoE亞型小鼠前腦脂質(zhì)組的影響。結(jié)果顯示，在9.5月齡時(shí)，TE4小鼠表現(xiàn)出多種脂質(zhì)類別的顯著變化，包括CE、BMP和LPC增加以及硫酸膽固醇和 4-β-羥基膽固醇的減少。這說明tau蛋白ApoE4之間存在強(qiáng)烈的相互作用，可能會(huì)協(xié)同導(dǎo)致TE4小鼠中觀察到的膽固醇代謝受損、溶酶體脂質(zhì)清除以及隨后的神經(jīng)炎癥。（圖一）

圖一：ApoE4 誘導(dǎo) 9.5 月齡 P301S/ApoE KI 小鼠前腦膽固醇代謝變化

2. ApoE4誘導(dǎo)9.5月齡P301S小鼠膠質(zhì)細(xì)胞中性脂質(zhì)積累和膽固醇代謝的變化

為深入探究TE3、TE4和TEKO小鼠膠質(zhì)細(xì)胞中的脂質(zhì)積累模式，研究者使用BODIPY染色標(biāo)記中性脂質(zhì)，并以E06抗體染色氧化磷脂酰膽堿(oxPC)。在TE4小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞中觀察到顯著的BODIPY+包涵體，這些信號(hào)主要分布在CD68+吞噬溶酶體內(nèi)。結(jié)果表明TE4小鼠中神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生脂質(zhì)積累，尤其是中性脂質(zhì)在溶酶體降解過程中受到損害。

此外，相對(duì)于E4小鼠，TE4小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中CEs顯著增加，而總膽固醇水平無顯著變化。這表明TE4小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞積累CE物質(zhì)，可能解釋了BODIPY+染色信號(hào)的增加。（圖二）

圖二：ApoE4 誘導(dǎo) P301S 小鼠神經(jīng)膠質(zhì)脂質(zhì)積累

3. LXR激動(dòng)劑GW3965誘導(dǎo)9.5月齡TE4小鼠腦中Abca1的表達(dá)，并可改善 9.5 月齡TE4 小鼠的神經(jīng)退行性變、減少筑巢行為評(píng)分并降低磷酸 Tau 水平

神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的脂質(zhì)積聚與氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥反應(yīng)增加有關(guān)，因此可能會(huì)促進(jìn)神經(jīng)退行性變。肝X受體（LXR）激動(dòng)劑，這是一種實(shí)驗(yàn)性藥物，可以降低細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)水平。為了驗(yàn)證劑量和給藥，作者用10 mg/kg的LXR激動(dòng)劑GW3965治療E4小鼠，作者觀察到大腦中LXR靶基因Abca1 mRNA顯著增加~1.5-2倍，同時(shí)Abca1蛋白增加~1.5-2倍。LXR激動(dòng)劑的飲食對(duì)9.5月齡TE4小鼠產(chǎn)生了顯著影響。該處理使得TE4小鼠的神經(jīng)退行性變化減輕，體積減少、神經(jīng)絲輕鏈水平下降，筑巢行為改善。同時(shí)，LXR激動(dòng)劑治療導(dǎo)致9.5月齡TE4小鼠病理性tau顯著降低，而不影響ApoE水平。（圖三）。

圖三：LXR 激動(dòng)劑 GW3965 可改善 9.5 月齡TE4 小鼠的神經(jīng)退行性變、減少筑巢行為評(píng)分并降低磷酸 Tau 水平

4. LXR激動(dòng)劑GW3965降低9.5月齡TE4小鼠的神經(jīng)膠質(zhì)反應(yīng)性、T細(xì)胞浸潤和炎癥

在TE4小鼠中，神經(jīng)膠質(zhì)反應(yīng)性在促進(jìn)tau病理和神經(jīng)變性中起著至關(guān)重要的作用。作者通過GFAP+染色區(qū)域量化和Iba1免疫染色評(píng)估了LXR激動(dòng)劑對(duì)TE4小鼠膠質(zhì)反應(yīng)性的影響。結(jié)果顯示，TE4-LXR小鼠相較于TE4-對(duì)照小鼠在hpc和ctx中GFAP+細(xì)胞數(shù)量減少。LXR治療后，hpc中GFAP+細(xì)胞數(shù)量不變，但TE4小鼠的Iba1和CD68染色分別減少了50%和60%。這表明LXR激動(dòng)劑顯著抑制了TE4小鼠的膠質(zhì)反應(yīng)性，包括小膠質(zhì)細(xì)胞和浸潤巨噬細(xì)胞的活性。有趣的是，與TE4-對(duì)照小鼠相比，TE4-LXR小鼠的hpc和ctx中與疾病相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞(DAM)相關(guān)的Clec7a降低，與TE4-LXR小鼠的hpc和ctx中與穩(wěn)態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)的P2ry12標(biāo)志物顯著增加。因此，LXR激動(dòng)劑通過調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的整體特征，減少炎癥反應(yīng)，為神經(jīng)保護(hù)提供了潛在機(jī)制（圖四）。

圖四：LXR 激動(dòng)劑 GW3965 減少 9.5 月齡TE4 小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞活化

5. LXR激動(dòng)劑GW3965減少9.5月齡TE4小鼠突觸丟失

在突觸水平上，LXR激動(dòng)劑的飲食顯著減少了TE4小鼠CA3海馬區(qū)的突觸丟失。盡管TE4小鼠在對(duì)照組條件下表現(xiàn)出突觸素染色的降低，但經(jīng)過LXR激動(dòng)劑處理后，突觸素染色喪失程度顯著減輕。共定位PSD95/突觸素突觸的增加也支持了LXR激動(dòng)劑對(duì)突觸功能的保護(hù)作用。進(jìn)一步通過免疫染色，研究者觀察到LXR激動(dòng)劑減少了小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)突觸物質(zhì)的吞噬，從而減緩了突觸的降解?？傊@些結(jié)果表明LXR激動(dòng)劑飲食可以保護(hù)TE4小鼠免受小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的突觸喪失（圖五）。

圖五：LXR 激動(dòng)劑 GW3965 減少 9.5月齡TE4 小鼠的突觸損失

6. 9.5月齡TE4 小鼠中的 LXR 激動(dòng)劑在基因表達(dá)水平上誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和膽固醇代謝的變化

作者通過RNA測序和WGCNA分析了LXR激動(dòng)劑對(duì)E4和TE4小鼠海馬組織的影響。結(jié)果顯示TE4-LXR小鼠與TE4-對(duì)照小鼠相比，在轉(zhuǎn)錄水平上存在顯著差異，涉及多個(gè)功能通路，包括免疫反應(yīng)、膽固醇代謝和生物合成途徑。WGCNA分析揭示了一個(gè)與LXR激動(dòng)劑正相關(guān)的模組，與TE4-LXR組呈正相關(guān)，與TE4-對(duì)照組呈負(fù)相關(guān)。該模組中的基因主要參與膽固醇代謝和生物合成、甲戊酸途徑、LXR和SREBP1途徑以及蛋白酶體降解?；虮磉_(dá)譜圖譜和細(xì)胞類型聚類顯示，TE4-LXR小鼠中LXR/SREBP轉(zhuǎn)錄程序的激活主要通過調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中的膽固醇代謝和生物合成，以及通過誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞和OPC/少突膠質(zhì)細(xì)胞中的神經(jīng)元代謝、突觸功能和蛋白酶體降解來發(fā)揮作用。（圖六）

圖六：9.5 個(gè)月大的 TE4 小鼠中的 LXR 激動(dòng)劑在基因表達(dá)水平上誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和膽固醇代謝的變化

7. LXR激動(dòng)劑GW3965減少9.5月齡TE4小鼠的脂質(zhì)積累

作者通過無偏倚脂質(zhì)組學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，LXR激動(dòng)劑對(duì)TE4小鼠的腦脂質(zhì)譜產(chǎn)生顯著影響。在E4和TE4小鼠的前腦中，多種脂質(zhì)如CE、BMP、脂肪酸、甘油脂和氧化固醇呈現(xiàn)明顯變化。比較TE4-Ctrl和E4小鼠，證實(shí)了ApoE4存在時(shí)P301S小鼠的膽固醇代謝受損、溶酶體功能障礙和炎癥。LXR激動(dòng)劑誘導(dǎo)TE4小鼠中脂肪酸和BMP的顯著增加，同時(shí)減少了膽固醇和氧化固醇。此外，LXR激動(dòng)劑治療后，多種CE類型的顯著下降，與CE在TE4-Ctrl小鼠中的升高相對(duì)應(yīng)。WGCNA分析顯示，LXR激動(dòng)劑治療小鼠的前腦CE與血漿NfL水平顯著相關(guān)，表明NfL/神經(jīng)變性與大腦中CE積累密切相關(guān)。最終，BODIPY染色結(jié)果表明，通過LXR激活增加TE4小鼠的膽固醇外排，可以減少大腦和小膠質(zhì)細(xì)胞中的中性脂質(zhì)積累，從而具有潛在的神經(jīng)保護(hù)作用。（圖七）

圖七：LXR激動(dòng)劑GW3965降低9.5月齡TE4小鼠前腦脂質(zhì)和CEs積累

8. 在9.5月齡TE4小鼠中，Abca1過表達(dá)可減少神經(jīng)退行性變、tau病理、小膠質(zhì)細(xì)胞激活和脂質(zhì)積累

作者在研究中將TE4小鼠與過表達(dá)Abca1的轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行腦內(nèi)雜交，發(fā)現(xiàn)Abca1/E4小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)Abca1水平明顯高于非Abca1轉(zhuǎn)基因小膠質(zhì)細(xì)胞。對(duì)比TE4小鼠，9.5月齡TE4/Abca1小鼠對(duì)海馬和EC/PC的萎縮具有顯著的保護(hù)作用，伴隨著腦神經(jīng)退行性變減少、血漿中NfL蛋白水平下降和筑巢行為測試功能的改善。評(píng)估Abca1過表達(dá)對(duì)tau病理的影響，發(fā)現(xiàn)TE4/Abca1小鼠hpc和ctx中AT8染色顯著降低，同時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞免疫反應(yīng)性和脂質(zhì)積累減少。綜上，Abca1過表達(dá)在TE4小鼠中顯著保護(hù)免受神經(jīng)變性、tau病理、小膠質(zhì)反應(yīng)性和脂質(zhì)積累，效果類似于LXR激動(dòng)劑GW3965飲食。（圖八）

圖八：Abca1過表達(dá)改善9.5月齡TE4小鼠的神經(jīng)變性和tau病理，降低小膠質(zhì)/髓樣細(xì)胞的反應(yīng)性和脂質(zhì)積累

總結(jié)

作者利用靶向脂質(zhì)組學(xué)結(jié)合免疫染色，在9.5月齡的P301S-tau轉(zhuǎn)基因小鼠中，用人源性ApoE3（TE3）或ApoE4（TE4）靶向取代小鼠ApoE，以及在缺乏ApoE（TEKO）的小鼠中，解析ApoE亞型在調(diào)節(jié)膠質(zhì)細(xì)胞脂質(zhì)代謝中的作用。作者證明，ApoE4的表達(dá)誘導(dǎo)P301S小鼠前腦和小膠質(zhì)細(xì)胞中CEs的顯著升高，并增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)BODIPY+中性脂質(zhì)的積累。肝X受體（LXR）激動(dòng)劑GW3965或Abca1過表達(dá)治療可減少TE4小鼠的tau病理學(xué)和相關(guān)的神經(jīng)退行性變、神經(jīng)膠質(zhì)炎癥和突觸缺陷。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.10.023

參考文獻(xiàn)

Litvinchuk A, Suh JH, Guo JL, Lin K, Davis SS, Bien-Ly N, Tycksen E, Tabor GT, Remolina Serrano J, Manis M, Bao X, Lee C, Bosch M, Perez EJ, Yuede CM, Cashikar AG, Ulrich JD, Di Paolo G, Holtzman DM. Amelioration of Tau and ApoE4-linked glial lipid accumulation and neurodegeneration with an LXR agonist. Neuron. 2023 Nov 16:S0896-6273(23)00804-8. doi: 10.1016/j.neuron.2023.10.023. Epub ahead of print. PMID: 37995685.

編譯作者：歡歡熊吧（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）






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