小膠質細胞竟是通過ApoE定位Aβ斑塊

　　近日，由中國科學院院士、香港科技大學葉玉如領銜的研究團隊，在著名期刊《自然·衰老》上發表一項重要研究成果，詳細闡述了小膠質細胞定位Aβ斑塊的全過程[1]。

　　她們發現，在白介素33（IL-33）的刺激下，小膠質細胞會表達趨化蛋白VCAM1，促進小膠質細胞往含有ApoE的Aβ斑塊聚集；通過VCAM1與ApoE的相互作用，小膠質細胞會轉化為疾病相關小膠質細胞（DAM），完成對Aβ斑塊的清除。這一發現為阿爾茨海默病的治療提供了新思路。

　　值得一提的是，這也是科學家首次發現Aβ斑塊中的ApoE蛋白，居然可以吸引小膠質細胞對Aβ斑塊的定位和清除。

　　論文首頁截圖

　　早在3年前的一個研究中，葉玉如團隊就發現，IL-33刺激的Aβ清除過程中，小膠質細胞首先進行Aβ趨化，隨后轉換到MHC-II陽性的吞噬表型，她們還把這種小膠質細胞稱為IL-33反應性小膠質細胞（IL-33RM）[2]。

　　不過，在當時她們并不知道這個過程是如何發生的。為了搞清楚背后的機制，她們分別給趨化狀態（IL-33處理后3小時和8小時）和吞噬狀態（IL-33處理后24小時）的小膠質細胞，開展了RNA測序。

　　通過比較，她們注意到，在整個趨化狀態過程中，有381個基因的表達水平持續升高，而且這些基因基因在功能上與細胞趨化和遷移相關。在所有與趨化有關的基因中，Vcam1的變化名列前茅，引起了研究人員的注意。

　　在基于轉錄組的數據對小膠質細胞做分類時，她們發現了三種亞型的小膠質細胞，第一種是穩態小膠質細胞（Mic_1），第二種是趨化小膠質細胞（Vcam1陽性，Mic_2），第三種是吞噬Aβ的DAM（MHC-II陽性，Mic_3）。

　　有趣的是，在IL-33處理后，趨化性小膠質細胞增加的比例剛好是穩態小膠質細胞減少的比例，而且一些趨化性小膠質細胞也會逐漸表達MHC-II。這些發現證實，在IL-33的處理下，小膠質細胞從穩態到趨化到活化的動態變化過程。

　　以上數據說明，小膠質細胞表面的受體ST2在識別到IL-33之后，誘發了轉錄組的變化，驅動小膠質細胞特征的轉變。

　　IL-33處理后，小膠質細胞的轉錄組特征

　　然而，IL-33的處理誘發了很多基因的表達上調，究竟是哪個負責小膠質細胞的趨化性呢？

　　在對轉錄組數據做深入分析，以及開展抗體阻斷實驗之后，葉玉如團隊發現，就是Vcam1基因編碼的VCAM1蛋白在調節小膠質細胞對Aβ的趨化作用。敲除Vcam1基因之后，雖然不影響小膠質細胞的存活和數量，但是吞噬Aβ的小膠質細胞類型減少，甚至消失了。

　　這個實驗說明，少了VCAM1之后，小膠質細胞既不向Aβ斑塊靠近，也不清除Aβ斑塊。因此，VCAM1在小膠質細胞定位Aβ斑塊的過程中發揮著重要的作用。

　　Vcam1基因被敲除之后的影響

　　接下來的工作就是尋找VCAM1與Aβ斑塊互動的機制。

　　Aβ斑塊雖然以Aβ命名，但里面其實包含有20多種蛋白質，要從中找到吸引VCAM1的蛋白，就得借助于研究蛋白相互作用的技術。一番分析之后，ApoE浮出水面。

　　實際上，在阿爾茨海默病患者大腦中，有很多細胞會分泌ApoE，而非脂化的ApoE能與Aβ結合，促進Aβ的散播、增強Aβ的致密性。因此，ApoE實則是Aβ斑塊的重要組成部分。

　　葉玉如團隊通過注射非脂化的ApoE或敲除Vcam1基因，以及抗ApoE抗體，證實VCAM1陽性的小膠質細胞與Aβ斑塊相關ApoE之間的相互作用，正是促使小膠質細胞從趨化狀態過度到吞噬狀態的關鍵通路。

　　VCAM1-ApoE通路非常關鍵

　　研究的最后，葉玉如團隊在阿爾茨海默病患者的樣本中探索了VCAM1-ApoE通路的情況。

　　她們發現，在阿爾茨海默病患者的大腦中，29.9%的小膠質細胞表達VCAM1，其中69.7%（即小膠質細胞總數的20.9%）與Aβ斑塊共定位。這些數據說明，在阿爾茨海默病患者中，大多數VCAM1陽性小膠質細胞與Aβ斑塊相互作用。

　　此外，她們還注意到，阿爾茨海默病患者血漿中可溶性VCAM1（sVCAM1）的水平，比健康對照組高出34%。這意味著，這些游離的可溶性VCAM1會與Aβ斑塊中的ApoE結合，競爭性阻斷了小膠質細胞對Aβ斑塊的識別和清除。

　　正如研究人員預料的那樣，血漿sVCAM1水平與阿爾茨海默病標志物血漿p-Tau181和血漿NfL（神經絲輕鏈多肽）的水平呈正相關，而且腦脊液中sVCAM1的水平與阿爾茨海默病患者大腦中Aβ斑塊周圍聚集的小膠質細胞成反比（與APOE4基因型無關）。

　　以上數據表明，VCAM1-ApoE通路不僅存在于人體，而且在阿爾茨海默病患者體內嚴重受損。因此，恢復小膠質細胞趨化通路，有望成為治療阿爾茨海默病的新方法。

　　阿爾茨海默病患者體內VCAM1-ApoE通路嚴重受損

　　總的來說，葉玉如團隊的這項研究成果，詳細地闡明了小膠質細胞定位Aβ斑塊的機制，并為阿爾茨海默病的治療指出了一個新的方向。

　　參考文獻：

　　[1].Lau SF, Wu W, Wong HY, et al. The VCAM1-ApoE pathway directs microglial chemotaxis and alleviates Alzheimer's disease pathology. Nat Aging. 2023. doi:10.1038/s43587-023-00491-1

　　[2].Lau SF, Chen C, Fu WY, et al. IL-33-PU.1 Transcriptome Reprogramming Drives Functional State Transition and Clearance Activity of Microglia in Alzheimer's Disease. Cell Rep. 2020；31(3):107530. doi:10.1016/j.celrep.2020.107530