等基因人源小胶质样细胞AD模型

来源：BioArt

阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease，AD）是最常见的、与衰老密切相关的痴呆性神经退行性疾病，65岁以上人群中约有10%的人，85岁以上的人群中约有30%-50%的人患有此病。根据最新的统计数据全球约5000 万人患有AD和AD相关的痴呆，是导致全球疾病负担的主要因素之一【1】。尽管Aβ代谢和神经元功能障碍是AD发病机理中的基本事件，但是越来越多的研究表明小胶质细胞在AD的病理过程中发挥重要作用。全基因组关联分析确定的许多与AD风险升高相关的基因在小胶质细胞中高表达，而且许多与AD相关的遗传变异在小胶质细胞特异的增强子区域富集，提示小胶质细胞在AD的病理过程中具有重要的作用【2】。但是这些AD相关的变异是如何影响小胶质细胞的功能以及它们之间是如何相互作用的仍然不清楚。

近日，原美国桑福德-伯纳姆-普利比斯医学研究所讲席教授许华曦领导的团队在Journal of Experimental Medicine上发表题为 Multi-omic comparison of Alzheimer’s variants in human ESC-derived microglia reveals convergence at APOE 的文章，该团队建立了携带AD相关变异的等基因人源胚胎干细胞衍生的小胶质样细胞系（isogenic human ESC-derived microglia-like cell lines, hMGLs），然后对这些细胞系进行了包括RNAseq，ATACseq，ChIPseq和蛋白质组学等在内的多组学以及功能分析，发现携带SORL1和TREM2 AD变异的hMGLs具有AD相关的表达特征，APOE则是SORL1和TREM2变异增加AD风险的交汇节点。

目前关于小胶质细胞功能异常导致AD病理发生的作用机制研究存在一些不足：1）现在绝大多数相关研究是采用啮齿类动物来源的模型，但是41%的人类基因在小鼠上缺乏同源基因，通过分析AD全基因组关联分析（GWAS）鉴定的最显著单核苷酸多态性的44个遗传基因座，结果表明15个基因在小鼠上缺乏同源基因，并且最显著的AD风险基因APOE ε4在小鼠上并不存在，而其他的基因只有很少的氨基酸序列相似性，提示其在蛋白的功能上存在差异，另外有9个AD的风险基因与小鼠的同源物相似性也少于60%，因此，源自啮齿类的研究结果难以真正说明小胶质细胞在人类AD疾病中的参与作用机制【3-5】；2）使用iPSC来源的小胶质样细胞可以部分模拟人源小胶质细胞的功能，但是在分析AD变异的影响时，非等基因环境（non-isogenic）的遗传变异和表观遗传印记等差异会干扰分析结果。

为了解决非等基因变异和单一组学分析等方面的限制，许华曦团队通过CRISPR-Cas9基因编辑技术将小胶质细胞AD基因CD33, INPP5D,TREM2和SORL1的相关变异整合到人类胚胎干细胞系H9中，然后将携带AD相关变异的H9细胞系诱导分化为成熟的小胶质样细胞，再结合体外和体内的功能检测体系研究小胶质细胞的功能变化，最后通过RNAseq，ATACseq，ChIPseq和定量蛋白质普等方法解析携带AD相关变异的小胶质细胞功能改变的分子机制。他们发现SORL1和TREM2之间的交叉调节关系，在SORL1 R744X变异的hMGL中通过诱导TREM2的表达进而增加APOE的表达，在体内和体外SORL1和TREM2与AD相关的变异以APOE依赖方式损害Aβ的摄取/清除。有趣的是，他们还发现不同于啮齿类小胶质细胞，TREM2 R47H突变可能通过表观遗传机制促进了TREM2和APOE在hMGLs中的转录，表明TREM2 R47H携带者中小胶质细胞APOE的诱导可能在触发AD中起重要作用。APOE4基因型是迟发性AD最大的遗传风险因子，最新的临床研究发现TREM2 R47H突变会极大的提高APOE4基因型携带者的患病风险（几乎100%发病）。因此本研究还为这一临床现象提供了可能的机制【4,6】。综上，这些结果提示抑制TREM2/APOE信号通路可能对AD具有保护作用。

总之，这项研究不仅建立了多个携带AD相关变异的人源小胶质样细胞模型，还提供了生物信息学分析方法和功能检测体系范式，为理解小胶质细胞AD风险变异如何改变小胶质细胞功能和增加AD风险提供了新的见解。更为重要的是，这个研究体系的建立为研究其他疾病相关变异的致病机制提供了研究范式和未来药物发现的提供了可选择的药物筛选平台。

图1：研究分析流程示意图

现为厦门大学神经科学研究所荣誉所长的许华曦教授长期从事AD发病机制研究，近年来在小胶质细胞/神经免疫在AD中的作用机制方面做出了一系列的原创性贡献。如首次鉴定TREM2是Aβ在小胶质细胞上的重要受体【7】，同时阐明胶质细胞介导的神经免疫以及相关的分子靶点在阿尔茨海默病中的作用机理，为开发诊疗手段提供新的思路。

参考文献

1.Alzheimer'sAssociation, 2019 Alzheimer's disease facts and figures. Alzheimer's & Dementia, 2019. 15(3): p. 66.

2.Gosselin, D., et al., An environment-dependent transcriptional network specifies human microglia identity. Science, 2017. 356(6344).

3.Mancuso, R., et al., Stem-cell-derived human microglia transplanted in mouse brain to study human disease. Nat Neurosci, 2019. 22(12): p. 2111-2116.

4.Kunkle, B.W., et al., Genetic meta-analysis of diagnosed Alzheimer's disease identifies new risk loci and implicates Abeta, tau, immunity and lipid processing. Nat Genet, 2019. 51(3): p. 414-430.

5.Jansen, I.E., et al., Genome-wide meta-analysis identifies new loci and functional pathways influencing Alzheimer's disease risk. Nat Genet, 2019. 51(3): p. 404-413.

6.Murray, C.E., et al., APOE epsilon4 is also required in TREM2 R47H variant carriers for Alzheimer's disease to develop. Neuropathol Appl Neurobiol, 2019. 45(2): p. 183-186.

7.Zhao, Y., et al., TREM2 Is a Receptor for beta-Amyloid that Mediates Microglial Function. Neuron, 2018. 97(5): p. 1023-1031 e7.