Nature | 髓鞘缺陷在阿尔兹海默症中是因是果？
阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease，AD）是一类渐进性的神经变性与神经元凋亡所诱导的退行性疾病，具有复杂的病理生理特征，患者常表现为记忆丧失、学习认知能力的日益下降，严重危害患者的身心健康，患者在发病后5-12年内面临死亡[1-3]。近期治疗阿尔兹海默症的β样淀粉蛋白抗体药—Lecanemab的获批为患者带来了福音，但其适用人群有限并存在不可忽视的副作用，随着人口老龄化带来的家庭与社会负担，探究阿尔兹海默症的内在机理迫在眉睫。
近期，德国马克斯·普朗克多学科研究所（Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences）Klaus-Armin Nave 教授在《nature》上发表题为 Myelin dysfunction drives amyloid-β deposition in models of Alzheimer’s disease的研究论文，发现AD的新上游诱因，揭示为什么衰老伴随的髓磷脂缺失会加剧AD中淀粉样蛋白斑块的形成。
髓鞘损伤是AD病人病理表现之一
图1：阿尔茨海默病患者伴随髓磷脂损伤。免疫荧光染色检测AD病人脑内病理情况。CNP、PLP(髓鞘纤维的标志物)、IBA1(标记小胶质细胞)和Me-04（标记Aβ）。
衰老影响少突胶质细胞的存活与髓鞘结构完整性，同时AD在衰老的人群发病比例较高。为了解析髓鞘破坏是否与AD有关，作者首先对收集的60-90岁人的AD样本进行免疫荧光染色，结果显示AD病人脑内呈现髓鞘损伤，胶质细胞活化、淀粉样蛋白斑块显著增多等多种病理特征（图1a-b）。
脱髓鞘病理驱动Aβ的沉积
图2. 髓鞘损伤与脱髓鞘病理增强5×FAD小鼠淀粉样斑块沉积。Cnp-/-;5xFAD髓鞘损伤、急性脱髓鞘、慢性髓鞘缺陷模型小鼠中髓鞘损伤病理周边Aβ沉积显著增多。
为了进一步探究髓鞘损伤与Aβ沉积之间的关系，作者分别将两种髓鞘结构相关基因突变小鼠Cnp-/-和Plp-/y与AD模型小鼠5xFAD杂交，分析髓鞘损伤对淀粉样斑块负荷的影响。髓鞘结构蛋白CNP与PLP功能丧失小鼠表现出轻微的髓鞘结构缺陷，缺乏Cnp会导致髓鞘内细胞质通道的崩溃(与轴突肿胀相关)；缺乏Plp的髓磷脂缺乏物理稳定性，损害轴突能量代谢。具体结果显示6月龄的Cnp-/-小鼠脑内呈现明显的髓磷脂损伤与胶质增生，与24月龄的野生型小鼠相似，并且更为显著。与5xFAD小鼠相比，6月龄的Cnp-/-;5xFAD杂合小鼠海马槽（海马白质）区和皮质区Aβ沉积显著增强（图2a-d）。
为了进一步明确髓鞘损伤是否为Aβ形成的上游驱动因素，作者接着检测了急性脱髓鞘模型与慢性脱髓鞘模型—自身免疫性脑脊髓炎中AD病理形成情况。作者对幼年的5xFAD小鼠喂食含Cuprizone（一种铜螯合剂）饲料4周，恢复4周后，检测小鼠脑内的Aβ沉积情况。染色结果显示在小鼠海马槽处出现明显的脱髓鞘，并且伴随淀粉样小聚集体显著增多（图2e）。另外，作者使用髓鞘少突胶质细胞糖蛋白肽（Myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) peptide）诱导5xFAD小鼠发生自身免疫性脑脊髓炎，免疫荧光染色显示脊髓组织出现典型的脱髓鞘病理特征，并在病灶周围出现小的非典型淀粉样蛋白聚集体（图2f）。
髓鞘功能障碍促进Aβ的形成
为了找到髓鞘功能障碍促进Aβ形成的原因，作者进一步检测Aβ产生与清除过程是否受到影响。高压冷冻电镜分析显示，髓鞘损伤相关的轴突肿胀处富含囊泡结构，可能是Aβ产生的主要位点。APP经β与γ分泌酶剪切后形成Aβ，在Cnp-/-;5×FAD杂合小鼠大脑中的轴突肿胀处出现堆积的β-分泌酶和γ-分泌酶，APP代谢形成的APP羧基末端片段（CTF）显著增加，且可溶性 Aβ 水平也显著增加，以上结果说明髓鞘缺陷显著影响APP代谢过程，促进Aβ的产生（图3）。
髓鞘功能障碍阻碍Aβ的清除
图4.髓鞘缺失小鼠脑内斑块周边小胶质细胞丧失。髓鞘缺失组小胶质细胞远离Aβ斑块，基因表达谱显著改变。
同时，作者发现在髓鞘缺陷小鼠脑中，行使吞噬功能的小胶质细胞在Aβ周围显著减少。利用磁珠纯化小胶质细胞，RNA-seq分析显示Cnp-/-;5×FAD杂合小鼠中疾病态小胶质（DAM）细胞特征基因（Clec7a、Gpnmb、Apoe、Spp1、Axl 和 Itgax）和 Ms4a 簇的基因显著上调。STRING和DEG分析显示Cnp-/-;5×FAD小鼠中脂质代谢相关基因（Apoe、Apoc1、Apoc4和Lpl）显著上调；功能富集分析显示，髓鞘缺陷的Cnp-/-;5×FAD杂合小鼠的小胶质细胞中与免疫应答相关的通路上调；免疫共染色实验结果显示APOE水平增加（图4）。以上结果表明髓鞘缺陷的小胶质细胞显著激活，与5xFAD小鼠相比，部分基因表达谱改变。
髓鞘老化是 AD 的危险因素
图5. snRNA-seq 确定髓鞘功能障碍会诱导与淀粉样蛋白沉积不同的DAM样状态。髓鞘功能障碍改变小胶质细胞激活状态，部分小胶质细胞参与髓鞘清除
为了进一步明确髓鞘缺失对小胶质细胞的功能的影响，作者将来自4组不同小鼠的小胶质细胞进行单细胞测序。聚类分析明确了5类主要的小胶质细胞与巨噬细胞亚群，包括两个不同的具有DAM标记基因高表达的簇（簇4和簇5）（Trem2、Lpl和Spp1）。尤其是，簇5主要来自于髓鞘缺陷的小鼠，其中脂质代谢相关基因（Apoe、Abca1和Apobec1）和Ms4a簇的基因上调；同时Cst3、Ctna3（编码α-T-连环蛋白）和Gpc5（编码硫酸乙酰肝素蛋白聚糖5）也表达增加，它们的主要功能是参与Aβ的清除。这说明髓鞘缺失后吞噬Aβ的小胶质细胞依旧存在，但有一部分参与了髓鞘的清除（图5）。
总的来说，本篇文章首次阐释髓鞘功能缺失是AD诱因之一，衰老伴随着髓鞘功能障碍，诱导轴突肿胀，在肿胀部位APP代谢异常，有害剪切酶增多，促使产生更多的Aβ沉积。另一方面，髓鞘缺失致使小胶质细胞激活状态改变，参与Aβ吞噬的斑块周边小胶质细胞数量减少，一些小胶质细胞转而参与髓鞘碎片清除，致使斑块沉积。总之，本研究表明与年龄相关的髓鞘完整性丧失可能是淀粉样蛋白沉积的驱动因素，增加AD发生发展过程中对少突胶质细胞功能角色的认识，表明促进髓鞘健康或许成为延缓或预防AD的新策略。
同时，本篇文章也有一些值得讨论的问题。AD的致病因素复杂，啮齿类动物研究模型有限，本文中使用Cnp-/-的髓鞘缺陷小鼠模型与5xFAD小鼠模型杂交后加剧Aβ沉积，但Cnp-/-小鼠自身并不会产生Aβ，因此并不能完全确定在AD发生过程髓鞘缺陷是直接诱因之一，或许阻止AD发生中髓鞘缺陷将能更好的证明其与Aβ沉积的关系。
本推文作者为浙大邵逸夫神经再生转化中心助理研究员王颖颖，旨在总结学习，分享交流，如有错误与不到之处，欢迎联系我们批评指正。
