目前TREM2- dap12通路受到广泛关注，由于全基因组关联研究（GWAS）显示，携带TREM2杂合突变会增加患阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)的风险。而携带TREM2或DAP12纯合突变，会导致脑素-哈科拉病（Nasu-Hakola disease，NHD）。NHD是一种以脑萎缩、髓磷脂丢失和神经胶质瘤为特征的早发性痴呆。与AD不同，NHD是一种及其罕见并且疾病进展迅速的常染色体遗传病，病人大多在50岁前死亡，然而NHD的细胞和分子机制尚不清楚。研究NHD发病机制对于后续治疗有重大意义。
2023年1月19日，美国华盛顿大学Marco Colonna团队在Nature Immunology（IF：27.7）杂志上发表题为“Human early-onset dementia caused by DAP12 deficiency reveals a unique signature of dysregulated microglia”的文章。通过单核RNA测序分析DAP12缺陷导致的NHD疾病患者大脑样本，发现在小胶质细胞中存在RUNX1、STAT3和TGFβ信号通路的异常激活。这些信号通路的失调可能会干扰小胶质细胞的正常功能，导致神经元损伤和髓鞘脱失。相比之下，DAP12缺陷的小鼠模型显示的微小胶质细胞缺陷并不能完全再现人类Nasu-Hakola疾病的特征。通过对比人类和小鼠模型，研究揭示了DAP12缺陷在神经退行性疾病中的独特作用，并为开发新的治疗策略提供了基础。
主要内容
1. NHD小胶质细胞存在独特的特征
首先为了深入了解NHD的发病机制，研究者通过单核RNA测序分析，发现Nasu-Hakola疾病患者的大脑中，星形胶质细胞、小胶质细胞和血管细胞显示出显著的基因表达异常，特别是TYROBP基因在小胶质细胞中的独特表达。在对小胶质细胞簇进行亚聚类分析后，发现小胶质细胞和血管周围巨噬细胞RUNX1、STAT3和TGFβ信号驱动的独特伤害响应特征。并且进一步深入研究发现NHD与其他神经退行性疾病中的小胶质细胞特征相似有限。
图1 NHD小胶质细胞存在独特的特征
2. NHD小胶质细胞部分特征与IL-10诱导的巨噬细胞特征重叠
首先，为了深入了解NHD的发病机制，研究者比较了NHD小胶质细胞特征与细胞因子极化的巨噬细胞特征。通过重新分析人类单核细胞来源的极化巨噬细胞的单细胞RNA测序数据集，验证了各细胞因子刺激的巨噬细胞具有独特特征。选择每个处理簇中的前100个差异表达基因，并计算NHD小胶质细胞中的巨噬细胞极化评分，结果显示IL-10诱导的巨噬细胞特征在NHD小胶质细胞中显著富集。进一步的基因集富集分析（GSEA）显示，NHD小胶质细胞特征在IL-10刺激组中得分最高。免疫组化分析也显示NHD组CD163表达增加。为了验证DAP12信号缺陷对STAT3通路的影响，研究者评估了骨髓来源巨噬细胞中的STAT3信号传导，结果证明DAP12缺陷增强了应激巨噬细胞中的STAT3通路。最后，通过NicheNet分析预测FGF2为驱动NHD小胶质细胞中差异表达基因上调的主要配体，FGF2主要在星形胶质细胞中表达，并在NHD中上调。研究结果表明，NHD小胶质细胞特征部分与IL-10诱导的巨噬细胞特征重叠。
图2 NHD小胶质细胞部分特征与IL-10诱导的巨噬细胞特征重叠
3. NHD周细胞特征表明血管异常
经过一系列分析，研究者发现，NHD患者的周细胞和内皮细胞中存在大量的差异表达基因（DEGs）。具体来说，NHD患者的周细胞中，磷酸二酯酶（PDE7B、PDE10A、PDE4D）表达增加，这些酶催化cAMP的分解，可能导致血管收缩和功能失调。此外，NHD患者的周细胞还上调了与细胞外基质（ECM）相关的基因，如IV型胶原（COL4A2）和降解ECM蛋白的蛋白酶（ADAMTS4和ADAMTS9）。通过Elastica-Goldner染色分析，进一步证实NHD患者脑皮质中的血管基底膜基质沉积发生变化，与NHD报告中血管壁增厚现象一致。可见，NHD周细胞在血管异常和疾病进展中发挥着重要作用。
图3 NHD周细胞特征表明血管异常
4. NHD星形胶质细胞特征反映了伤口愈合反应
进一步探究 NHD星形胶质细胞上调了与伤口愈合相关的基因（如F3、TNC、CD44、NRP1、FGF2），并在免疫组化分析中显示GFAP表达增加，表明星形胶质细胞增生显著。对少突胶质细胞的分析显示，NHD患者髓鞘相关基因（如MBP、ANLN）表达减少，伴随大规模脱髓鞘现象，且上调了少突胶质细胞成熟和髓鞘形成相关基因（如KCNH8、CLIC4、ADGRB3、KDM6A）。此外，还注意到胆固醇生物合成通路的上调，并发现NHD和MS在部分基因上调上存在重叠。
图4 NHD星形胶质细胞特征反映了伤口愈合反应
5. KΔ75老鼠的小胶质细胞特征与NHD的不同
为了在体内模型中深入探究NHD的发病机制，研究者对DAP12信号缺失的KΔ75小鼠皮层样本进行单核RNA测序（snRNA-seq）分析，经过质量控制、细胞标记分簇后，发现DAP12信号异常并未显著影响胶质细胞数量。但进一步对老年小鼠髓系细胞谱系进行亚聚类分析后，结果显示年龄相关小胶质细胞（AM）和干扰素响应小胶质细胞（IFN-R）簇在KΔ75小鼠中减少。这说明，AM小胶质细胞的发育依赖于DAP12信号。进一步实验发现KΔ75小鼠的小胶质细胞中主要基因下调，表明DAP12信号缺陷的小胶质细胞反应性降低。综上所述，缺乏DAP12信号会减少与年龄相关的小胶质细胞数量，并轻度损害稳态小胶质细胞的脂质代谢和内溶酶体功能。这一特征与NHD显著不同。
图5 KΔ75老鼠的小胶质细胞特征与NHD的不同
6. KΔ75小鼠表现出轻微的少突胶质细胞和星形胶质细胞缺陷
为了研究KΔ75小鼠中功能失调的小胶质细胞是否对髓鞘形成有次级影响，研究人员从snRNA-seq数据中提取少突胶质细胞谱系细胞，将其分为亚群之后进行差异基因分析、细胞数量和基因表达分析、以及对髓鞘形成和星形胶质细胞分析，结果表明KΔ75少突胶质细胞中定义ROL的基因表达较少，星形胶质细胞中反应性标记基因的表达增加、髓鞘形成影响较小。说明不同于NHD中观察到的星形胶质细胞增生，KΔ75小鼠中小胶质细胞的缺陷对星形胶质细胞的分化和/或功能影响轻微。
图6 KΔ75小鼠表现出轻微的少突胶质细胞和星形胶质细胞缺陷
研究总结
本文首次对NHD大脑样本进行snRNA-seq分析，发现DAP12信号的完全缺失与小胶质细胞中增强的RUNX1、STAT3和TGFβ信号通路相关，这些通路介导组织修复功能。此外，NHD小胶质细胞特征与星形胶质细胞的伤口愈合反应和少突胶质细胞的髓鞘形成减少有关，同时周细胞显示出ECM沉积失调的特征。这一发现提示，NHD患者可能从JAK/STAT通路抑制剂中获益，以重新平衡小胶质细胞信号通路，延缓疾病进程。
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