为解决分析人类阿尔茨海默病大脑中小胶质细胞的挑战，近日，RenzoMancuso和BartDeStrooper团队生成18,个干细胞衍生的小胶质细胞，进行异种移植并分析其反应特性。结果显示，这些细胞在病理状态下展现出与原生小胶质相似的反应，尤其在对抗淀粉样蛋白斑块的过程中，明显表达HLA特征，并观察到小胶质细胞在遗传层面如APOE和TREM2的差异表达影响其对病理的响应，这为阿尔茨海默病研究提供了新的细胞机制洞见。
他们的成果发表在最新一期的Nature杂志上，名为“XenograftedhumanmicrogliadisplaydiversetranscriptomicstatesinresponsetoAlzheimer’sdisease-relatedamyloid-βpathology”
小胶质细胞是阿尔茨海默氏病（AD）发病机制的核心，特别是在对抗淀粉样蛋白-β（Aβ）的早期反应中。这些细胞在小鼠中普遍表现为疾病相关的反应状态（DAM），而人类小胶质细胞反应则更复杂，受遗传因素如TREM2和APOE影响显著。本文通过干细胞技术揭示了人类小胶质细胞在AD中的独特反应路径和转录特征，这对理解病理机制具有重要意义。
1.人类小胶质细胞对Aβ病理学的反应
作者利用MIGRATE技术在小鼠大脑中移植了小胶质前体细胞，并使用了三种遗传背景不同的宿主小鼠（图1a）。这些小鼠展示了不同的Aβ斑块积累模式和小胶质细胞的反应。通过对来自不同人类遗传背景的干细胞衍生小胶质细胞进行研究，作者观察到这些细胞在移植后6-7个月内通过特定标记被成功分离和识别（图1a）。
作者分析了超过10,个细胞的单细胞转录组，识别出多种小胶质细胞反应类型（图1b-d），并比较了这些数据与人类小胶质细胞的相似性。尽管人类和小鼠小胶质细胞在疾病模型中的反应存在差异，但移植细胞能够表现出与原代人类细胞相似的成熟转录组特征，验证了实验模型的有效性和可靠性。
图1人类小胶质细胞对Aβ病理表现出复杂且多样的反应。作者比较了AppNL-G-F与AppWT小鼠中人类小胶质细胞的转录组，发现在AppNL-G-F小鼠中DAM、HLA和CRM-1基因集群显著增多（图2a，b）。作者还通过免疫染色发现，人类DAM和HLA小胶质细胞主要集中在Aβ斑块（图2c）和RM状态周围，表达活跃与阿尔茨海默病和多发性硬化症相关。
图2人类小胶质细胞在接触Aβ后的多方面反应。小胶质细胞通过DAM、HLA、CRM和IRM四种转录状态，呈现复杂反应（图a、b）。DAM与HLA部分重叠，CRM早期独立偏离。研究利用BIONi-C细胞系和老化小鼠，验证了这些路径和与淀粉样蛋白沉积的关联。特别地，HLA和CRM表型在人类特有，显示出种间差异。这强调了小胶质细胞在病理中的多样化角色。
图人类小胶质细胞转录轨迹对Aβ病理的反应。2.TREM2和APOE控制微胶质细胞状态转换
作者研究了人类小胶质细胞中不同转录状态的分子机制。通过分析小鼠小胶质细胞，发现TREM2对Aβ斑块的反应至关重要，并可能调节人类小胶质细胞状态（图4a-c）。数据显示TREM2是必需的，而ApoE则影响到HLA状态的转变，但对DAM状态影响不大（图4d-f）。这些发现突出了在Aβ斑块反应中，小胶质细胞表型转换的物种特异性差异，并指出了TREM2和ApoE在这一过程中的重要作用。
图4.TREM2和APOE对DAM和HLA状态的转变有不同的调控作用。.针对不同形式的Aβ的不同激活程序
在此研究中，作者探索了敲除ApoE基因对小鼠大脑Aβ斑块的影响，发现斑块数量和大小显著减少。分析超过22,个小胶质细胞后，显示ApoE缺失减少了DAM和HLA，而CRM反应未改变（图5a,b）。重组Aβ的实验进一步证实，可溶性Aβ改变小胶质细胞的转录状态，促进DAM状态，但不触发HLA反应（图5d-f）。
图5.人类小胶质细胞对Aβ斑块和Aβ显示出不同的反应4.移植的小胶质细胞的反应模仿了人脑
通过分析来自五项独立研究的小胶质单核及单细胞RNA测序数据，作者探讨了人类AD大脑中小胶质细胞对Aβ病理的响应模式。研究显示，尽管数据集间存在差异，小胶质细胞状态如HM、DAM、HLA和CRM（图6）在AD中普遍存在，反映了对Aβ的多样性反应（图d）。这些结果提高了我们对AD小胶质细胞功能和病理异质性的理解。
图6来自人类尸检大脑的单个微胶质细胞核。5.AD风险基因在不同的细胞状态下表达
在最新全基因组关联研究中，作者筛选出85个关键AD遗传风险基因，其中90%在他们的数据集中有表现。这些基因大多与小胶质细胞活动相关，显示出差异表达（图7a）。特别地，基因如ABI、INPP5D在小胶质细胞中富集，相关于Aβ病理反应。APOE4或TREM2R47H变异影响下，这些基因表达变化，揭示小胶质细胞在AD中的关键角色（图7b）。
图7AD遗传风险基因在人类小胶质细胞状态中表达差异，并受到Aβ病理的调控。总结
通过异种移植模型，作者研究了人类小胶质细胞对阿尔茨海默病的复杂反应。研究显示，人类与小鼠小胶质细胞的反应差异显著，尤其在HLA和CRM反应上。TREM2和APOE基因在细胞激活中具有关键互补作用。此模型为理解小胶质细胞在病理中的角色提供新视角，对AD治疗策略具有重要意义。
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