背景介绍
阿洛伊斯-阿尔茨海默（Alois Alzheimer）（小编注：阿洛伊斯·阿尔茨海默是德国精神科医师及神经病理学家，他首先发表了“老年痴呆症”的病例，后来并以他的名字命名为阿尔茨海默病。）最初在痴呆症患者的大脑中发现许多胶质细胞显示出脂肪囊（adipose saccules）。后来，该疾病还会出现神经胶质-脂质病理特征和斑块/缠结病理特征，最终被定义为阿尔兹海默病（Alzheimer's disease，AD）。但这种神经胶质-脂质病理特征在AD研究中受到的关注相对较少。最近对通过全基因组关联研究确定的所有AD遗传风险因素进行的一项元分析发现，参与脂质处理和先天免疫的基因，与淀粉样蛋白和Tau处理过程中某些基因一样，在统计学上成为AD遗传风险因素的类别。然而，人们对脂质和先天性免疫在AD风险中所起的作用仍然知之甚少。APOE就是这样一种与脂质相关的AD风险基因，它在AD症患者的小胶质细胞中高度上调，而带有APOE风险变体的人类诱导多能干细胞 (iPS) 衍生的小胶质细胞 (iMG) 有更多的脂滴 (LDs)。老龄小鼠的小胶质细胞会积累脂滴，并且功能失调，称为脂滴积累的小胶质细胞（LDAM）（小编注：a图：年轻和老年小鼠小胶质细胞的电镜结果；b图：来自老年小鼠的海马体，对BODIPY（脂滴）和TMEM119（小胶质细胞）进行染色），在嵌合型人-鼠AD模型中也观察到了LDAM。
先天性免疫诱因（如细菌）与toll样受体结合后，引发脂质合成酶上调，从而在骨髓细胞中形成 LDs。LDs本身具有抗菌特性，是巨噬细胞先天免疫防御的一种进化保守形式。在脱髓鞘小鼠模型和人类 iPS细胞模型中也存在功能失调的小胶质细胞，其中有富含胆固醇的溶酶体和积累的脂滴。但是人类AD脑组织中脂质积累神经胶质细胞状态是否受到脂质AD风险变体（如APOE）的影响，AD中报道的脂质积累神经胶质细胞是否与最近发现的LDAM相似，以及脂质积累神经胶质细胞在AD发病机制中是起良性、保护性还是破坏性作用，这些问题仍不清楚。
拓展阅读
脂滴抗菌机制
脂滴（Lipid Droplets, LDs）在细胞内起着多种生物学功能，包括能量储存、脂质代谢、细胞信号传导等。近年来的研究发现，脂滴在病原微生物感染中的作用远比之前认识的要复杂，它们不仅参与了病原体的复制和增殖，而且在宿主的先天免疫防御中发挥着重要作用。在巨噬细胞中，脂滴表面蛋白PLIN5有助于脂滴和线粒体的紧密接触，从而促进脂肪酸从脂滴转移到线粒体，进行β氧化产生能量（氧化磷酸化）。当免疫激活时，细胞更倾向于采用糖酵解作为主要的能量产生途径，因为糖酵解可以更快速地产生能量以支持免疫反应。此时，PLIN5表达下调，促进了脂滴和线粒体的解耦联，为免疫反应提供了更有利的代谢环境。另一方面，位于脂滴表面的PLIN2可以作为多种免疫相关蛋白的锚定位点，如抗菌肽CAMP等，在病原体识别、炎症反应的调节、以及直接的抗菌作用中发挥重要作用。
2、ASCL1是AD小胶质细胞LDs沉积的调控因子；
3、APOE加剧AD中LDs沉积；
4、LDs沉积的小胶质细胞诱导pTau和神经毒性。
研究结果
1
AD中与脂质相关的ACSL1+的小胶质细胞
为了研究AD患者死后脑组织的转录状态与APOE基因型的关系，研究人员将来自APOE4/4基因型AD患者、APOE3/3基因型AD患者以及年龄和性别匹配的APOE3/3基因型对照患者的新鲜冷冻额叶皮层组织进行了单核RNA测序（snRNA-seq）（图1a和补充表1）（小编注：APOE基因型与阿尔茨海默病（AD）的风险密切相关。APOE基因有三个主要的等位基因变体：ε2、ε3和ε4，其中APOE ε4是与AD最强相关的遗传风险因素。携带APOE ε4等位基因的人群通常会更早地发病，并且APOE ε4的一个拷贝就能使AD的风险增加约2至6倍，而存在两个拷贝则会使风险增加7.2至21.8倍。学界一般把分布最广的APOE3纯合人群的AD发病率作为基准，含有APOE4人群的AD发病率都是高于APOE3纯合人群的。此外，具有APOE2基因型的人的AD患病率明显低于APOE3，这表明E2等位基因具有保护作用。在研究中，APOE3等位基因通常被认为是“中性”或“正常”的APOE基因型，与阿尔茨海默病的风险增加无关或风险较低，因此往往以APOE3/3作为对照组来观察APOE4等位基因对病理过程的影响）。其中产生了约100,000个单核转录组，代表了大脑的所有主要细胞类型(图1b和扩展数据图1a-f和2a-p）。对照组和 AD-APOE4/4小胶质细胞之间的差异基因表达分析表明，差异表达最明显的基因是酰基-CoA合成酶长链家族成员1 (ACSL1)，编码一种脂质加工酶， (图1c、d，扩展数据图3a和补充表2）。ACSL1是LD生物发生过程中的一个关键酶，在几种细胞类型中（如肝原代细胞和脂肪细胞），ACSL1的过表达足以诱导甘油三酯特异性LD的形成（图1e）。与对照组相比，AD患者脑组织中的小胶质细胞中ACSL1特异性上调，与 AD-APOE3/3小胶质细胞相比，APOE4/4小胶质细胞上调ACSL1的程度更高(图1f，扩展数据图3b和补充表2）。研究人员对本研究中的所有小胶质细胞进行子聚类后发现，ACSL1+小胶质细胞构成了一种有别于稳态小胶质细胞和疾病相关小胶质细胞（DAM）的状态（小编注：稳态小胶质细胞，Homeostatic Microglia，是大脑中小胶质细胞的一种基本状态，它们在没有明显炎症或神经退行性疾病的情况下存在。在这种状态下，小胶质细胞执行其正常的监视功能，维持大脑环境的稳态。它们通过调节突触连接、清除细胞碎片和维持神经递质平衡来支持神经元健康。疾病相关小胶质细胞，Disease-Associated Microglia，是在阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病中观察到的小胶质细胞的一种炎症状态。在这种状态下，小胶质细胞表现出与疾病相关的表型和功能，如促炎细胞因子的产生和神经退行性标志物的增加，如斑块和神经纤维缠结的形成），ACSL1+小胶质细胞会共表达某些代谢状态调节因子，如NAMPT和DPYD（小编注：NAMPT（烟酰胺磷酸核糖转移酶）催化烟酰胺与5-磷酸核糖基-1-焦磷酸缩合生成烟酰胺单核苷酸，是哺乳动物NAD生物合成途径中的限速酶。NAMPT在细胞能量代谢和维持NAD水平中发挥着重要作用，而NAD是细胞内多种代谢反应的辅酶。DPYD（二磷酸尿苷磷酸二磷酸酶）：DPYD基因编码的酶是二氢嘧啶脱氢酶（Dihydropyrimidine Dehydrogenase，简称DPD），这种酶在人体中扮演着重要的角色，特别是在抗代谢物和化疗药物的代谢过程中。DPD是嘧啶分解代谢途径中的起始和限速酶，主要负责催化5-氟尿嘧啶（5-FU）等药物的代谢。5-FU是用于治疗某些类型癌症（如结直肠癌）的化疗药物）(图1g、h和扩展数据图3c-j)。由于ACSL1+小胶质细胞群中有一系列与LD相关的基因，因此研究人员将这些ACSL1+细胞称为LDAM。APOE4/4基因型AD患者脑组织中LDAM的比例最大，其次是APOE3/3型AD患者，而在年龄匹配的对照组脑组织中，LDAM小胶质细胞的数量最少(图1i）。AD患者脑组织的免疫荧光显微镜检查证实了通过snRNA-seq观察到的ACSL1丰度差异(图1j、k）。
2
AD病理学与脂质积累有关
为了测量细胞内脂质的积累，研究人员用油红O（一种中性脂质染料）对AD和对照组的脑切片进行染色。APOE4/4型AD患者的大脑显示出大量核周油红O+脂质体，这些脂质体类似于LD，与AD患者死后脑组织胶质细胞中脂肪囊的最初描述相似（图2a）。这些脂质体在AD脑组织中最为常见，与AD-APOE3/3相比，AD-APOE4/4患者的脂质体略有增加（图2b和扩展数据图4a）。在β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块附近或斑块的核心部位经常会发现油红O+细胞（图2c、d和扩展数据图4b、c）。同样，在Aβ斑块附近也经常观察到ACSL1+小胶质细胞（扩展数据图4d），这表明斑块附近含有脂质体的细胞可能是ACSL1+小胶质细胞。然而，要确定积累这些脂质的细胞类型，就必须同时对脂质和几种蛋白质标志物进行染色，而利用现有技术对老龄的人体大脑组织学切片进行染色难度较高。
脂质体的数量与认知能力呈负相关（小编注：文章采用的样本是来自于亚利桑那州太阳城退休社区太阳健康研究所(Banner Sun Health Research Institute, BSHRI)的脑和遗体捐献计划(Brain and Body Donation Program, BBDP)。太阳健康研究所的“捐脑计划”自1987年开始持续运作，目前已有超过1000个脑库。研究对象主要居住在亚利桑那州凤凰城西北部的退休社区，这是一家拥有和运营非营利性医疗服务的社区。受试者被前瞻性纳入，以便在一生中进行标准化临床评估。BSHRI BBDP 会收集详尽的临床数据，包括认知功能评估，以辅助他们的科学研究），与Aβ斑块数量和Tau病理水平呈正相关（图2e）。由于油红O染色和snRNA-seq是在相同样本上进行的，因此研究人员能够将每个样本的基因表达与脂质体的丰度联系起来。他们发现小胶质细胞表达的ACSL1与脂质体的相对数量呈正相关（图2f）。与年龄匹配的野生型小鼠相比，J20/APOE3和J20/APOE4 AD小鼠模型中有更多的LD+小胶质细胞，这些结果与人类AD组织中的结果相似。（图2g，h）。
3
为了直接检测APOE基因型是否会导致小胶质细胞中LD的积累，按照之前的描述，研究人员将APOE4/4和同源APOE3/3 iPS细胞分化成小胶质细胞（iMG）（图3a和扩展数据图5a）。研究人员用中性脂质荧光染料（LipidSpot）对iMG染色，然后进行活细胞显微成像观察发现，与同源的APOE3/3 iMG相比，APOE4/4 iMG中的LD积累更多，这与最近报道的表达APOE4的同源 iMG和星形胶质细胞作用相似（小编注：这里引用的文献也发现APOE4诱导小胶质细胞的脂质积累并损害了神经元的网络活动。另外从APOE4和APOE3携带者的诱导多能干细胞(iPSCs)分化的人星形胶质细胞，其中也是APOE4，而不是APOE3，诱导脂滴的积累和甘油三酯的不饱和增加）。然而，用纤维状Aβ（fAβ）处理iMG会导致LD的积累增加，而APOE4基因的存在又会加剧这种积累，而在APOE-KO细胞中这现象消失了（图3b,c和扩展数据图5b,c）。与LDs的积累相一致，LD相关基因PLIN2和ACSL1的基因表达在iMGs受fAβ刺激时上调（图3d），并且在APOE4/4细胞中上调程度更高（扩展数据图5d,e）。之前发表的数据集显示，在一个独立的人类iMG嵌合型小鼠模型中，先天性免疫诱因脂多糖（LPS）会导致ACSL1高度上调（扩展数据图5f），这表明ACSL1在小胶质细胞中的上调是对先天性免疫诱因更广泛反应的结果。为了确保fAβ在小胶质细胞中诱导LD并非这些iPS细胞系或分化方案引起的，研究人员用fAβ处理原代大鼠小胶质细胞，也观察到了LD的积累（图3e,f）。在人源的原代巨噬细胞和小鼠BV2小胶质细胞系中也观察到了fAβ诱导的LDs的积累（扩展数据图5g）。除了用脂质染料定量LD的积累外，透射电子显微镜也显示，在受到fAβ刺激时iMG中的LD浓度增加（扩展数据图5h,i）。研究人员对iMG进行了相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）成像，以确认fAβ处理后不同APOE基因型之间脂质积累情况存在差异。对经fAβ处理的iMGs的CARS成像分析表明，LD光谱与不饱和甘油三酯光谱重叠（图3g-i）。为了研究这些脂质是否会在fAβ的作用下从头合成，研究人员用氚代葡萄糖（D-葡萄糖）培养BV2小胶质细胞（图3j）。脂质组学分析表明，在受到fAβ刺激后，D-葡萄糖掺入甘油三酯的程度随时间增加（图3k,l）。为了评估人类基因组中哪些特定的脂质合成基因在LD积累中发挥作用，研究人员通过FACS在单核细胞系U937中进行了全基因组CRISPR-KO筛选。这一筛选结果显示，甘油三酯代谢调节因子是LD积累所需的一类首要基因，ACSL1是LD形成所需的最重要基因之一（图3m和补充表3）。ACSL1抑制剂（Triacin C）抵消了APOE4/4 型iMG在fAβ刺激下的LD积累（图3n）。
为了评估LD积累的小胶质细胞的转录组和表观遗传学状态，研究人员利用FACS分选出高水平LD和低水平LD的iMG，然后进行了ATAC-seq和RNA-seq分析（图3o,p，扩展数据图6a-e 和补充表4和5）。与低表达LD的小胶质细胞相比，他们在高水平LD的小胶质细胞中发现了3,442个峰。高水平LD增强子区域的ATAC-seq峰高度富集了小胶质细胞系决定性转录因子PU.1（小编注：转录因子PU.1是ETS转录因子家族（E26 transformation-specific family）的成员，在多种组织发育中发挥重要作用。在小胶质细胞的发育和功能中，PU.1起着决定性作用，它参与调节小胶质细胞特异性基因的表达，并且与小胶质细胞的活化和疾病相关反应有关，这里PU.1的富集可能与调控脂质代谢途径的基因表达有关，参与高脂滴小胶质细胞脂质的储存和代谢，影响细胞的代谢状态和功能）。此外，与NF-κB转录因子家族（如REL和ETV6）相关基序也富集在高水平LD小胶质细胞的特异峰中（图3q）。在动脉粥样硬化模型和脂肪相关的巨噬细胞中也能看到这种表观遗传特征，但在DAM小胶质细胞中却不存在。RNA-seq结果表明，与低水平LD的小胶质细胞相比，高水平LD的小胶质细胞中NF-κB相关促炎因子（如TNFA和IL1B）表达量较高，而小胶质细胞稳态标记物的表达量较低（扩展数据图6a-c,h）。有趣的是，在APOE3/3 LDAM和APOE4/4 LDAM之间差异表达最高的基因中，研究人员鉴定了抗菌LD相关蛋白 cathelicidin（一种抗菌肽）或CAMP（扩展数据图6d和补充表4），它存在于LD表面，在接触细菌的巨噬细胞中具有抗菌特性。与这些RNA-seq结果相一致的是，对含LD的APOE4/4 iMGs的表型检测表明，这些细胞吞噬功能障碍，溶酶体积累，并在细胞培养基中分泌炎症相关趋化因子（小编注：Cathelicidin是一种小分子多肽，属于抗菌肽（antimicrobial peptides, AMPs）家族的成员。在人体中，cathelicidin主要由特定的免疫细胞，如中性粒细胞和一些上皮细胞产生。Cathelicidin参与调节宿主的免疫反应，它能够促进炎症反应，部分是通过刺激免疫细胞分泌炎症相关的趋化因子和细胞因子。这些分子有助于吸引更多的免疫细胞到感染或损伤部位，从而增强局部的免疫反应。Cathelicidin衍生肽LL-37已知能够促进多种趋化因子的释放，如IL-8和MCP-1，这可能导致炎症细胞的募集和炎症反应的加剧）（图3r,s和扩展数据图6f,g,i）。这些结果与最近报告的小鼠LDAM相似，该LDAM存在功能障碍并处于炎性小胶质细胞状态。
为了探究fAβ刺激iMG中LD积累的遗传修饰因子，研究人员在APOE4/4 iMG中进行了CRISPR-KO筛选，他们使用了由约20,000个单链向导RNA（sgRNA）组成的文库，这些文库的靶点为代表所有人类激酶、磷酸酶和已知药物靶点在内的约2,000个基因（扩展数据图7a）。这一筛选结果表明PIK3CA是CRISPR-KO之后LDs减少过程中变化最显著的基因，它是PI3激酶的催化亚基（扩展数据图7b和补充表6）。有趣的是，第二大显著变化基因是S100A1，它是巨噬细胞中LPS和TLR4反应的下游AD风险基因。众所周知，PI3K抑制是小鼠巨噬细胞中LDs的调节因素（小编注：在炎症性疾病中，内源性的CCL2是介导LDs形成的关键因素，CCL2与CCR2结合后，激活了巨噬细胞中CCR2依赖的ERK和PI3K信号通路，随后加速LDs的发生；使用PI3K抑制剂就会阻断这一效应，但在人类小胶质细胞中PI3K并没有被报道过可以调节LDs）。研究人员测试了抑制PI3激酶是否会减少iMGs中的LD积累。事实上，小分子PI3K抑制剂GNE-317显著减少了fAβ刺激的APOE4/4 iMGs中脂滴的形成，并通过活体显微镜和PLIN2免疫荧光进行了量化（扩展数据图7c,d）。此外，用GNE-317抑制PI3K可逆转高水平LDs iMGs中观察到的溶酶体积聚和炎性细胞因子分泌（扩展数据图7e,f）。为了进一步研究GNE-317的作用，研究人员在有或没有该药物的情况下对用fAβ处理的APOE4/4 iMGs进行了RNA-seq分析。GNE-317 降低了参与脂质合成的基因的表达，减少了表征小胶质细胞功能失调状态的基因，如炎性细胞因子的产生和溶酶体的积累（扩展数据图7g,h），增加了参与脂质降解、调控小胶质细胞稳态和神经保护性生长因子的基因表达，如BDNF和FGF1（扩展数据图7i,j 和补充表4）。经GNE-317 处理后，PI3K/mTOR和自噬通路中的基因表达发生了变化，研究人员还观察到LC3B蛋白（一种自噬体标记蛋白）水平升高（扩展数据图7d,k-n）。这可能表明，GNE-317处理通过增加自噬减少了LD浓度，而自噬是一种已知的调节LD浓度的机制；然而，这些观察结果并不能确凿地表明GNE-317处理后自噬流增加。
图3 | iMG在受到fAβ刺激后会增加ACSL1和甘油三酯脂质的合成
图S6 | iMG的大量RNA-seq和表型分析
拓展阅读1
早期研究者发现在生理条件下，小胶质细胞处于一种静息状态，它们通过细长的分支不断伸缩来监视周围环境，执行免疫监视功能。在病理刺激下，小胶质细胞可以迅速从静息状态转变为激活状态。激活的小胶质细胞会改变其形态，细胞体增大，分支变短，细胞形态可能变为圆形或阿米巴状，并具有增强的吞噬功能。在组织损伤或病原体入侵时，小胶质细胞会转化为活化的“脑巨噬细胞”，也称为反应性小胶质细胞。这些细胞在损伤部位积聚，并参与清除受损细胞和碎片，发挥神经保护作用。小胶质细胞的激活可以分为两种极端的表型，即M1型（经典激活型）和M2型（替代激活型）。M1型小胶质细胞释放促炎因子，而M2型小胶质细胞则通过促进组织修复和再生实现对神经保护的作用。
小胶质细胞的研究在近几十年取得了长足的进步，但一直受到诸如“静息与激活”和“M1与M2”等一系列的二分法分类的限制。这种“好坏”小胶质细胞的二元分类与近年来发现的小胶质细胞在发育、可塑性、衰老和疾病中的广泛状态和功能并不一致。为了描述不同的小胶质细胞状态，不断出现新的命名，尤其是使用转录组学和蛋白质组学来定义的小胶质细胞，很容易导致无意中产生类别和功能的耦合。为了解决这些问题，一个多学科的专家小组，提出了一个概念框架，以便在未来的研究中更好地讨论小胶质细胞。
小胶质细胞的状态是多样的、动态的，并且是多维的，取决于环境背景。在定义小胶质细胞状态时需要考虑的关键变量，这些变量是分子上不同的信号通路，它们在多个层面（例如转录、表观遗传、翻译、代谢）上受到调控，并且每个通路都产生不同的小胶质细胞功能或特性。
另外一些特定的小胶质细胞状态，包括与疾病相关的小胶质细胞（DAMs）、在阿尔茨海默病（AD）病理模型中观察到的小胶质神经退行性表型（MGnD）、在AD病理小鼠模型中的激活反应小胶质细胞（ARMs）和干扰素反应小胶质细胞（IRMs）、人类AD小胶质细胞（HAMs）、在多发性硬化症（MS）中的炎症小胶质细胞（MIMS）、在衰老小鼠和人类中脂滴积累的小胶质细胞（LDAMs）等。本篇文章则关注于AD中脂滴积累的小胶质细胞，为进一步分析小胶质细胞的转录组和表观遗传学状态，研究人员又将其分为高水平LD和低水平LD的小胶质细胞。
拓展阅读2
越来越多的证据表明，免疫信号通路在与AD相关的免疫细胞变化中发挥着关键的作用，同时也影响着AD的病理发生。参与AD病理发生的先天免疫信号通路主要包括以下几个：
1. NF-κB信号通路；NF-κB是调控大脑神经炎症与神经胶质激活以及氧化应激的转录因子，在AD患者中，tau病理激活小胶质细胞中NF-κB信号通路，导致小胶质细胞稳态失调，抑制NF-κB信号通路部分恢复了小胶质细胞稳态，改善了AD模型小鼠空间学习记忆能力。
2. NLRP3验证信号通路：NLRP3主要表达在巨噬细胞和活化的小胶质细胞中表达，NLRP3的敲除明显抵抗了Aβ的形成，上调了小胶质细胞介导的Aβ吞噬作用，降低tau磷酸化和聚集，也降低了Aβ诱导的tau病理学，改善AD模型小鼠的空间学习记忆能力。
3. mTOR信号通路：mTOR广泛表达在神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中，mTORC信号通路通过Trem2介导了小胶质细胞的代谢调控作用，激活小胶质细胞中mTORC可以对Aβ相关的神经元损伤提供保护作用。
4. TAM信号通路：TAM信号通路由配体Gs6和蛋白S激活Tyro3，Axl和MER酪氨酸激酶受体驱动，Axl和Mer对在小胶质细胞和巨噬细胞中表达，并且对于这两种细胞的吞噬作用至关重要，Axl和Mer在淀粉样斑块相关的小胶质细胞中上调，因此激活了TAM信号，增加了小胶质细胞对Aβ的清除作用，而TAM的抑制就促进了脑实质斑块的形成。
5．IFN信号通路：IFN于其受体IFNAR结合后激活JAK-STAT信号通路，促进一系列IFN刺激基因（IFN-stimulated genes，ISGs）表达，如Isg15，Ifitm1/2/3、Mx1。在AD过程中，活化的表达ISGs的小胶质细胞聚集在Aβ斑块周围，阻断IFNARs缓解了小胶质细胞的损伤，改善AD小鼠认知缺陷。
拓展阅读3
自噬可以调节脂质的含量，其机制为LC3被招募到LDs上，在LDs上，LC3通过与Atg7结合形成限制膜，促进自噬体的形成，随后含有脂滴的自噬体与溶酶体结合形成自噬溶酶体，降解LDs，这一过程称为脂噬（Lipophagy）；抑制自噬会增加体内和体外的总胆固醇的低密度脂蛋白的含量，自噬丧失会减少总胆固醇的分解，以及总胆固醇和低密度脂蛋白结构蛋白与自噬的共定位。此外，还存在一种反向关系，即细胞内脂质的异常积累会损害自噬的清除能力，表现为LD与LAMP1（溶酶体相关膜蛋白）共定位减少，自噬功能下调会促进脂质积累，进一步抑制自噬功能，从而额外增加脂质滞留。
[1] Singh R, et al. Nature. 2009 Apr 30;458(7242):1131-5.
[2] Zhang X.et al Curr Opin Lipidol. 2018 Jun;29(3):203-211.
4
为了研究LDAM对神经元的影响，研究人员将APOE4/4型 iMG用FACS分选为高水平LD和低水平LD部分，并在神经元基础培养基中培养12小时以形成条件培养基（CM）。最近的研究表明，来自星形胶质细胞和小胶质细胞的CM对神经元存在有害影响。所以研究人员将APOE4/4 iPS细胞衍生的人类神经元培养在含有10% 高水平LD或低水平LD APOE4/4 iMG CM的完全培养基中，以及未经处理的对照条件中（图4a）。为了研究LDAM特异性条件培养基是否会诱发AD病理特征，研究人员用单克隆抗体AT8对人类iPS细胞衍生的神经元进行了染色，以检测磷酸化Tau（pTau）的程度。结果表明，高水平LD iMG CM诱导iPS细胞衍生神经元中pTau程度较高，而低水平的LD iMG CM诱导iPS细胞衍生神经元中pTau程度与对照组相似（图 4b）。当使用APOE3/3和APOE4/4 iPS细胞衍生的iMG的CM处理人类神经元时，具有类似的效果，但当使用APOE-KO iMG的CM时，则没有这种效果（图4c,d）。同样，APOE3/3和APOE4/4 iMG的CM含有较高浓度的LDs。可诱导人类神经元中的caspase激活，而APOE-KO iMG的CM则没有这种效果（图4e,f）。
有趣的是，用高水平LD iMG条件培养基处理的人类神经元脂质斑点增加（图 4g,h）。为了研究LDAM条件培养基处理iPS细胞衍生神经元时哪些脂质会积累，研究人员对用高水平LD和低水平LD iMG条件培养基处理的神经元进行了脂质组学分析。结果表明，用高水平LD iMG条件培养基处理的iPS细胞衍生神经元含有更高浓度的甘油三酯脂类，这些脂类会在iMG受fAβ刺激时积累（图4i-k 和补充表7）。研究人员在BV2s细胞的培养基中添加了用13C标记的葡萄糖，并在用该条件培养基处理的小鼠神经元中也观察到了小胶质细胞中合成的13C标记的TAG脂类，然而，可能是由于这些脂类的同位素富集度较低，在多个重复中没有检测到这一现象（扩展数据图8a）。
总结
阿尔茨海默病的几个遗传风险因素与脂质代谢基因有关，其中许多脂质基因在神经胶质细胞中高度表达。然而，人们对神经胶质中的脂质代谢与阿尔茨海默病病理之间的关系仍然知之甚少。通过对阿尔茨海默氏症患者脑组织的snRNA测序，研究人员确定了一种由脂滴相关酶ACSL1的表达所定义的小胶质细胞状态，在APOE4/4型的阿尔茨海默氏症患者中，ACSL1阳性的小胶质细胞最为丰富。在人类诱导多能干细胞衍生的小胶质细胞中，纤维状Aβ以APOE依赖性方式诱导ACSL1表达、甘油三酯合成和脂滴积累。此外，来自含脂滴小胶质细胞的条件培养基会以APOE依赖性方式导致Tau磷酸化和神经毒性。本研究结果表明，阿尔茨海默病的遗传风险因素与小胶质细胞脂滴积累和神经毒性小胶质细胞衍生因子之间存在联系，有可能为阿尔茨海默病提供治疗策略。
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代谢学人 The metabolist
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