Bringing medical advances from the lab to the clinic.
关键词：AD；基因治疗；造血干细胞；小胶质细胞；Nature Communications随着人口老龄化的加剧，阿尔茨海默病(AD)已成为全球范围内的主要公共健康问题之一。当前，AD的治疗手段主要侧重于症状缓解，缺乏能够阻止或逆转疾病进程的根治方法。近年来，干细胞治疗因其在组织修复和免疫调节方面的独特潜力而成为研究的热点。特别是，造血干细胞/祖细胞（HSPCs）在多种神经退行性疾病的基因治疗研究中显示出巨大的应用前景。HSPCs是一类具有自我更新和多向分化能力的细胞，它们能够分化为各种血细胞类型，包括在中枢神经系统（CNS）中发挥关键作用的小胶质细胞【1】。小胶质细胞是CNS的主要免疫细胞，它们在神经炎症、突触修剪、神经保护等方面发挥着重要作用。在AD等神经退行性疾病中，小胶质细胞的功能异常与疾病的发生发展密切相关【2】。基于此，Rita Milazzo 等研究学者在国际著名期刊 Nature Communications 上发表题为 Therapeutic efficacy of intracerebral hematopoietic stem cell gene therapy in an Alzheimer’s disease mouse model 的研究文章【3】。本研究提出了一种创新的治疗策略，即通过颅内移植基因工程化的HSPCs来治疗AD。研究团队利用基因工程技术使HSPCs过表达TREM2，这是一种在小胶质细胞活化和神经保护中起关键作用的表面受体。通过颅内移植上述工程化HSPCs，旨在探索通过颅内移植基因工程化的HSPCs治疗AD的可能性和有效性。研究结果表明，颅内移植过表达TREM2的基因工程化HSPCs能够减少神经炎症、降低Aβ沉积，并改善5xFAD小鼠模型的记忆功能，显示出在成年发病、多因素神经退行性疾病中的治疗潜力。![]()
（如需原文，请加微信healsana获取，备注20240913NC）本研究通过颅内移植工程化的HSPCs，在白消安预处理的小鼠模型中实现了有效的CNS限制性髓系植入，并产生具有微胶质细胞特征的细胞。研究发现，与静脉注射相比，颅内注射的HSPCs在CNS区域的再填充程度上显示出更高的竞争力，且这种优势在移植后45至90天内尤为明显。此外，颅内和静脉联合移植HSPCs能够增强供体细胞在大脑和脊髓中的嵌合性，表明颅内移植策略在促进HSPCs植入和分化方面具有显著优势，为阿尔茨海默病等神经退行性疾病的细胞治疗提供了新的思路。![]()
图1. 颅内移植 HSPCs 在 CNS 中的竞争优势2. HSPC 移植后 CNS 内特异性的细胞分布：本研究通过对比颅内（ICV）、腰脊髓腔内（ITL）和静脉内（IV）三种不同移植途径对HSPCs在CNS中的分布模式的影响，发现ICV移植的HSPCs在脑室周围区域有较高的分布，而ITL和IV移植的细胞则展现出不同的分布特征。在移植后的早期时间点（1、5和14天），ICV途径的小鼠大脑中可检测到的供体细胞数量明显多于其他途径。随着时间的推移（30、45和90天），观察到移植细胞在大脑中的广泛分布和扩增，且颅内移植的细胞在大脑中的分布频率相对高于IV移植的细胞。此外，研究还发现，移植途径是影响移植细胞在CNS区域分布的最关键因素，这一发现对于优化HSPCs移植策略和提高其在神经退行性疾病治疗中的有效性具有重要意义。
![]()
图2. HSPC 移植后 CNS 中特异性细胞分布3. 移植途径影响 HSPCs 子代细胞颅内的特异性分化研究者们发现HSPCs的移植途径显著影响了它们在大脑中的成熟和分化成类似小胶质细胞的表型。通过在移植后45天对小鼠进行形态学分支分析，研究者们观察到颅内（ICV和ITL）移植的HSPCs后代在大多数大脑区域显示出比静脉内（IV）移植的HSPCs后代更长的分支总长度和更高的形态复杂性。特别是，颅内移植的细胞在皮层和海马区域表现出更成熟的结构表型。此外，通过Sholl分析，研究者们进一步证实了颅内移植的HSPCs后代在细胞树突模式的空间分布和复杂性方面的优势。这些发现表明，直接在中枢神经系统内移植HSPCs有助于促进移植细胞后代的成熟，并倾向于分化成高度分支的小胶质细胞样细胞，从而为基于HSPCs的细胞治疗策略提供了重要的指导。
![]()
图3. HSPC 子代细胞在大脑中的特异性分化研究通过实时PCR分析了移植后代细胞中微胶质细胞基因的表达情况，包括稳态基因和转录因子，以进一步探究CNS环境在推动移植细胞分化中的作用。研究人员利用流式细胞分选技术（FACS）根据CD45和CD11b的表达区分了不同移植途径（静脉注射、脑室内注射和腰脊髓腔内注射）后小鼠大脑中的特定细胞亚群，并在移植后45天分析了这些细胞的基因表达。研究发现，脑室内注射的HSPCs后代在小胶质细胞相关基因表达上显示出更高的水平，表明这种移植方式可能更有利于细胞向成熟小胶质细胞的分化。此外，通过Illumina RNA测序平台对不同移植途径的小鼠进行了全面的转录组分析，结果证实了移植后代细胞与宿主小胶质细胞在基因表达模式上的高度相似性。总体而言，无论移植途径如何，研究成功生成了具有小胶质细胞特征的类似小胶质细胞，为基于HSPCs的细胞治疗策略提供了重要的分子水平证据。![]()
图4. HSPC 子代细胞的基因表达谱研究者们在AD动物模型中评估了CNS限制性HSPCs移植方法的治疗潜力。选择了经过优化的脑室内（ICV）移植工程化HSPCs的方案，以及时治疗严重AD动物模型。研究集中在TREM2（触发受体表达于髓样细胞2）上，这是一种小胶质细胞表面受体，对小胶质细胞响应神经退行性变化至关重要。通过BAC介导的转基因技术过表达TREM2，显示出增强小胶质细胞清除功能和改善AD小鼠模型病理表型的积极结果。
- 转基因功能验证：通过比较未经处理与TREM2-慢病毒（LV）转导的BV2小胶质细胞对Aβ的吞噬能力，验证了转基因的功能。结果显示，TREM2-LV转导的BV2细胞对Aβ寡聚体的吞噬能力增强。
- 5xFAD小鼠模型：在5xFAD转基因小鼠模型中测试了该方法，该模型因表达人类APP和PSEN1转基因带有五项与AD相关的突变，导致Aβ-42的过度产生和加速的淀粉样斑块病理，类似于患者中发现的情况。
- 行为测试：对治疗和对照动物进行了每月的行为测试，从4个月开始直到12个月。结果显示，TREM2治疗组在焦虑和记忆测试中表现出改善，特别是在12个月时点。
- 基因表达和组织分析：通过实时定量PCR（RT-qPCR）测量了治疗动物大脑中的hTREM2表达，并与LV-hTREM2含量（作为VCN测量）之间显示出强相关性。此外，通过组织学分析评估了移植对疾病改变的影响，包括神经炎症程度和Aβ沉积水平。
- 原位杂交和免疫荧光：使用针对WPRE序列的原位杂交（ISH）和抗Aβ抗体的免疫荧光（IF）染色，检测了治疗5xFAD小鼠大脑中TREM2表达细胞的分布，并发现这些细胞与Aβ斑块的接近程度。
- 治疗效益：研究结果提供了HSPC基因治疗在纯粹神经退行性疾病中的治疗潜力的明确证据，并证实了与CNS限制性植入工程化造血细胞相关的治疗效果。
上述结果为利用基因工程化的HSPCs进行AD治疗提供了有力的证据，并展示了通过CNS限制性植入来实现治疗效果的潜力。![]()
图5. 在 AD 动物模型中的治疗效果
![]()
图6. TREM2 表达细胞与 Aβ 斑块的相互作用
本研究提供了一种潜在的新疗法来治疗AD，这是一种目前缺乏有效治疗手段的神经退行性疾病。通过利用基因工程化的HSPCs进行脑室内移植，研究展示了这种方法能够在AD动物模型中显著改善认知功能和减少病理标志物，如Aβ沉积。此外，研究还发现，移植细胞能够在中枢神经系统内分化成具有微胶质细胞样特征的细胞，这表明了一种可能的细胞替代疗法，以恢复或增强大脑的免疫调节和神经保护功能。这项工作强调了移植途径对HSPCs在中枢神经系统中分布、分化和成熟的影响，为未来设计更有效的细胞治疗策略提供了宝贵的见解。同时，它也推动了对微胶质细胞在神经退行性疾病中作用的进一步研究，以及探索通过调节这些细胞的功能来治疗AD的可能性。【1】Ferrari, G., Thrasher, A. J. & Aiuti, A. Gene therapy using haematopoietic stem and progenitor cells. Nat. Rev. Genet 22, 216–234 (2021).【2】Paolicelli, R. C. et al. Synaptic pruning by microglia is necessary for normal brain development. Science 333, 1456–1458 (2011).【3】https://doi.org/10.1038/s41467-024-52301-w本文只是分享和解读公开的研究论文及其发现，以作科学文献记录和科研启发用；并不代表作者或本公众号的观点，更不代表本公众号认可研究结果或文章。为了给大家提供一个完整而客观的信息视角，我们有时会分享有冲突或不同的研究结果。请大家理解，随着对疾病的研究不断深入，新的证据有可能修改或推翻之前的结论。作者：Amber Wang，微信号：Healsana。助理：ChatGPT征战AD公众号，以分享阿尔茨海默病领域最新研究为主旨，希望由此推动由实验室向临床应用的转化。欢迎您的投稿与合作；也希望其他医学科学家以推文的形式分享您的研究成果。运营：美国Healsan咨询公司AD项目组，专注于临床科研及临床试验的服务公司，擅长于针对阿尔茨海默病的临床科研设计及临床试验结果的报告撰写。
