阿尔茨海默病（Alzheimer's disease， AD）是一种神经退行性疾病，也是老年性痴呆最常见的原因。阿尔茨海默病的确切病因尚不完全清楚，但一般认为是由多种因素共同作用引起的。其中包括遗传因素、蛋白质异常积聚、炎症反应、氧化应激和神经递质失衡等。目前，阿尔茨海默病尚无治愈方法，但可以通过药物和非药物干预手段来改善症状和延缓疾病进展。研究人员还在努力寻找更有效的治疗方法，早期诊断标志物以及更深入了解该疾病的发病机制，以期能够最终找到治愈这种疾病的方法。
近年来，国家自然科学基金的资助项目中，有许多与阿尔兹海默病相关的项目，已成为当前生命科学研究领域的一大热点。
近一年部分中标项目
今天给大家介绍一篇文章来自德国马普所的Klaus-Armin Nave团队在Nature（IF=64.8）杂志上发表的题为“Myelin dysfunction drives amyloid-β deposition in models of Alzheimer’s disease”的文章。该研究通过观察人类AD患者和实验动物模型发现，AD的临床前期阶段存在大脑皮层髓鞘损伤现象，而这种损伤可能是导致淀粉样蛋白沉积的上游驱动因素之一。
原文链接：10.1016/j.cmet.2023.06.010
研究背景
阿尔茨海默病(AD)是痴呆症的主要原因，其发病率随着年龄的增长而迅速增加，但为何年龄成为主要危险因素仍知之甚少。
阿尔兹海默病（AD）的病理特征是Aβ斑块和神经原纤维缠结在新皮层和海马体中的沉积。研究表明，脑老化影响少突胶质细胞和髓鞘的结构完整性，后者与继发性神经炎症有关。由于少突胶质细胞支持轴突能量代谢和神经元健康，作者假设髓磷脂完整性的丧失可能是神经元淀粉样蛋白β（Aβ）沉积的上游危险因素
本研究发现髓鞘功能障碍和脱髓鞘导致淀粉样物质沉积。髓鞘功能障碍导致了Aβ生成机理在轴突肿胀中的积累，并扰乱淀粉样前体蛋白的代谢。研究提示改善少突胶质细胞功能和髓鞘完整性可能有助于延缓AD的发展和减缓进展。
研究思路
1. 首先，作者发现AD患者以及小鼠存在髓鞘损伤。
2. 然后，作者观察到髓鞘功能缺陷与淀粉样蛋白（Aβ）沉积之间存在关联，提示髓鞘功能缺陷可能是Aβ沉积的上游驱动因素。
3. 接着，作者发现髓鞘碎片会影响小胶质细胞的功能，导致Aβ的清除受阻，同时小胶质细胞对Aβ沉积形成的屏障现象也受到影响。
4. 最后，作者通过RNA测序和单细胞RNA测序技术，他们发现髓鞘功能缺陷导致小胶质细胞呈现出类似疾病相关小胶质细胞（DAM）的表型。
研究过程与结果
1. AD患者存在髓鞘损伤
宏观尺度的大脑成像研究已暗示阿尔茨海默病（AD）的临床前期阶段发生了皮层髓鞘损伤。然而，基于显微镜的证据仍然很少。因此，作者使用免疫荧光技术对一小组AD患者的大脑进行了分析（图1）。
研究发现，AD患者颅内皮层淀粉样斑块（Me-04）、小胶质细胞（IBA1）增多而髓鞘结构蛋白（CNP+PLP）减少，说明AD患者颅内存在着髓鞘损伤。
小鼠实验发现，老龄WT小鼠和髓鞘缺陷突变小鼠在皮层内的髓鞘含量显著减少，以及胶质细胞的增多（图S1d，e）。
综上所述，AD伴随着大脑髓鞘的损伤
图1. AD患者存在髓鞘损伤
图S1. AD患者，老年野生型小鼠和髓磷脂突变体的皮质髓磷脂水平和胶质增生
2. 髓鞘损伤加剧Aβ沉积
为了确定这种与衰老相关的髓鞘缺陷是否可以导致淀粉样蛋白沉积，研究人员将 Cnp-/-和Plp-/y突变小鼠分别与5×FAD小鼠杂交，并分析后代的斑块沉积。与5×FAD小鼠相比，Cnp-/-::5×FAD小鼠和Plp-/y::5×FAD小鼠在6个月大时，海马白质和皮质中的淀粉样斑块负荷显着增加（图2a-d），说明髓鞘功能障碍加剧AD小鼠的斑块沉积。
为了确认髓鞘功能异常是否是斑块形成的上游驱动因素，作者还测试了急性脱髓鞘的效应。
先给与年轻5×FAD小鼠含铜的饮食4周，然后通过4周的恢复期，之后通过显微镜观察斑块沉积。这种方法可使内侧胼胝体和海马体大量脱髓鞘。
结果发现，经铜饮食处理的5×FAD小鼠中，淀粉样蛋白聚集体大量增加（图2e）。
以上结果表明，髓鞘障碍是驱动AD小鼠模型中淀粉样蛋白沉积的上游危险因素。
图2. 髓鞘损伤加剧Aβ沉积
3. 髓鞘损伤导致APP错误加工
接下来，作者研究了髓鞘缺陷如何驱动淀粉样沉积。
高压冷冻电镜分析表明，与髓鞘损伤相关的肿胀大部分出现在囊泡结构中，这些囊泡结构可能是胞内体或溶酶体（图3a），是Aβ产生的场所。
此外，Cnp−/−;5×FAD小鼠中的β淀粉样前体蛋白（APP）和BACE1信号增加，对β和γ裂解的 APP片段和Aβ染色呈阳性（图 3c-e） 。这些结果说明髓鞘功能障碍导致β-分泌酶和γ-分泌酶的累积聚集。
图3. 髓鞘损伤导致APP错误加工
4.髓鞘损伤改变小胶质细胞反应
神经胶质细胞在清除髓鞘碎片和淀粉样蛋白肽方面起着重要作用，而小胶质细胞在淀粉样蛋白斑块周围形成屏障。因此，研究人员进一步研究了小胶质细胞在髓鞘功能障碍时如何应对淀粉样蛋白。
通过Iba1和Me-04共染发现，髓鞘功能障碍使斑块覆盖的小胶质细胞减少（图4a-b）。
为了更好地解释由髓鞘缺陷诱导的疾病相关的小胶质细胞（DAM）特征，研究人员对来自Cnp−/−::5×FAD小鼠和对照小鼠的脑组织进行了单核 RNA测序（snRNA-seq）（图5a）。聚类分析确定了五个主要的小胶质细胞和巨噬细胞亚群，包括两个具有高表达DAM标记基因的不同簇（簇4淀粉样DAM和5髓鞘DAM）（图5b-d）。
研究发现髓鞘DAM中脂质代谢相关基因（Apoe、Abca1和Apobec1）上调。淀粉样DAM中特异性上调Cst3、Ctnna3（编码α-T-连接蛋白）和Gpc5（编码肝素硫酸蛋白聚糖glypican 5）。
分析表明DAM对髓鞘功能障碍和淀粉样斑块有类似但不同的反应方式。
研究人员观察到在Cnp-/-::5×FAD小鼠中，大量的小胶质细胞和转移了的斑块小胶质细胞似乎参与了反应性的髓鞘吞噬过程（图5h）。Cst7原位杂交（一种用于检测淀粉样DAM的标记物）显示，Cnp-/-::5×FAD小鼠中淀粉样DAM经常出现在斑块的远端，而对照组5×FAD小鼠则没有（图5i），暗示着小胶质细胞的分散会导致大脑中淀粉样蛋白的更快积聚。
图4.髓鞘损伤改变小胶质细胞反应
图5.RNA-Seq实验
基于前面的结果，研究人员提出了一个AD的工作模型（图5j）。
在老龄化大脑中的髓鞘功能障碍导致小胶质细胞被激活。这种小胶质细胞活动干扰了清除Aβ沉积物和防止斑块形成的能力。同时，老化的髓鞘失去了它支持轴突的功能，进而增加神经元BACE1和APP水平，增强Aβ的产生和沉积。
研究总结
总而言之，该研究提出了一种工作模型，将髓鞘损伤视为AD病理的上游启动因素，这有助于解释为什么年龄是AD的主要风险因素。该研究具有重要的临床意义，髓鞘应视为AD的治疗靶点。
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