小胶质细胞竟是通过ApoE定位Aβ斑块

　　近日，由中国科学院院士、香港科技大学叶玉如领衔的研究团队，在著名期刊《自然·衰老》上发表一项重要研究成果，详细阐述了小胶质细胞定位Aβ斑块的全过程[1]。

　　她们发现，在白介素33（IL-33）的刺激下，小胶质细胞会表达趋化蛋白VCAM1，促进小胶质细胞往含有ApoE的Aβ斑块聚集；通过VCAM1与ApoE的相互作用，小胶质细胞会转化为疾病相关小胶质细胞（DAM），完成对Aβ斑块的清除。这一发现为阿尔茨海默病的治疗提供了新思路。

　　值得一提的是，这也是科学家首次发现Aβ斑块中的ApoE蛋白，居然可以吸引小胶质细胞对Aβ斑块的定位和清除。

　　论文首页截图

　　早在3年前的一个研究中，叶玉如团队就发现，IL-33刺激的Aβ清除过程中，小胶质细胞首先进行Aβ趋化，随后转换到MHC-II阳性的吞噬表型，她们还把这种小胶质细胞称为IL-33反应性小胶质细胞（IL-33RM）[2]。

　　不过，在当时她们并不知道这个过程是如何发生的。为了搞清楚背后的机制，她们分别给趋化状态（IL-33处理后3小时和8小时）和吞噬状态（IL-33处理后24小时）的小胶质细胞，开展了RNA测序。

　　通过比较，她们注意到，在整个趋化状态过程中，有381个基因的表达水平持续升高，而且这些基因基因在功能上与细胞趋化和迁移相关。在所有与趋化有关的基因中，Vcam1的变化名列前茅，引起了研究人员的注意。

　　在基于转录组的数据对小胶质细胞做分类时，她们发现了三种亚型的小胶质细胞，第一种是稳态小胶质细胞（Mic_1），第二种是趋化小胶质细胞（Vcam1阳性，Mic_2），第三种是吞噬Aβ的DAM（MHC-II阳性，Mic_3）。

　　有趣的是，在IL-33处理后，趋化性小胶质细胞增加的比例刚好是稳态小胶质细胞减少的比例，而且一些趋化性小胶质细胞也会逐渐表达MHC-II。这些发现证实，在IL-33的处理下，小胶质细胞从稳态到趋化到活化的动态变化过程。

　　以上数据说明，小胶质细胞表面的受体ST2在识别到IL-33之后，诱发了转录组的变化，驱动小胶质细胞特征的转变。

　　IL-33处理后，小胶质细胞的转录组特征

　　然而，IL-33的处理诱发了很多基因的表达上调，究竟是哪个负责小胶质细胞的趋化性呢？

　　在对转录组数据做深入分析，以及开展抗体阻断实验之后，叶玉如团队发现，就是Vcam1基因编码的VCAM1蛋白在调节小胶质细胞对Aβ的趋化作用。敲除Vcam1基因之后，虽然不影响小胶质细胞的存活和数量，但是吞噬Aβ的小胶质细胞类型减少，甚至消失了。

　　这个实验说明，少了VCAM1之后，小胶质细胞既不向Aβ斑块靠近，也不清除Aβ斑块。因此，VCAM1在小胶质细胞定位Aβ斑块的过程中发挥着重要的作用。

　　Vcam1基因被敲除之后的影响

　　接下来的工作就是寻找VCAM1与Aβ斑块互动的机制。

　　Aβ斑块虽然以Aβ命名，但里面其实包含有20多种蛋白质，要从中找到吸引VCAM1的蛋白，就得借助于研究蛋白相互作用的技术。一番分析之后，ApoE浮出水面。

　　实际上，在阿尔茨海默病患者大脑中，有很多细胞会分泌ApoE，而非脂化的ApoE能与Aβ结合，促进Aβ的散播、增强Aβ的致密性。因此，ApoE实则是Aβ斑块的重要组成部分。

　　叶玉如团队通过注射非脂化的ApoE或敲除Vcam1基因，以及抗ApoE抗体，证实VCAM1阳性的小胶质细胞与Aβ斑块相关ApoE之间的相互作用，正是促使小胶质细胞从趋化状态过度到吞噬状态的关键通路。

　　VCAM1-ApoE通路非常关键

　　研究的最后，叶玉如团队在阿尔茨海默病患者的样本中探索了VCAM1-ApoE通路的情况。

　　她们发现，在阿尔茨海默病患者的大脑中，29.9%的小胶质细胞表达VCAM1，其中69.7%（即小胶质细胞总数的20.9%）与Aβ斑块共定位。这些数据说明，在阿尔茨海默病患者中，大多数VCAM1阳性小胶质细胞与Aβ斑块相互作用。

　　此外，她们还注意到，阿尔茨海默病患者血浆中可溶性VCAM1（sVCAM1）的水平，比健康对照组高出34%。这意味着，这些游离的可溶性VCAM1会与Aβ斑块中的ApoE结合，竞争性阻断了小胶质细胞对Aβ斑块的识别和清除。

　　正如研究人员预料的那样，血浆sVCAM1水平与阿尔茨海默病标志物血浆p-Tau181和血浆NfL（神经丝轻链多肽）的水平呈正相关，而且脑脊液中sVCAM1的水平与阿尔茨海默病患者大脑中Aβ斑块周围聚集的小胶质细胞成反比（与APOE4基因型无关）。

　　以上数据表明，VCAM1-ApoE通路不仅存在于人体，而且在阿尔茨海默病患者体内严重受损。因此，恢复小胶质细胞趋化通路，有望成为治疗阿尔茨海默病的新方法。

　　阿尔茨海默病患者体内VCAM1-ApoE通路严重受损

　　总的来说，叶玉如团队的这项研究成果，详细地阐明了小胶质细胞定位Aβ斑块的机制，并为阿尔茨海默病的治疗指出了一个新的方向。

　　参考文献：

　　[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