**對(duì)阿爾茨海默病進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析

在美國，阿爾茨海默病影響了500多萬人。在一項(xiàng)新的研究中，來自美國麻省理工學(xué)院的研究人員**對(duì)阿爾茨海默病患者的單個(gè)腦細(xì)胞中表達(dá)的基因進(jìn)行了綜合分析。所獲得的分析結(jié)果允許他們鑒定出在神經(jīng)元和其他類型的腦細(xì)胞中受到影響的獨(dú)特細(xì)胞通路。這一分析可能為阿爾茨海默病提供許多潛在的新型藥物靶點(diǎn)。相關(guān)研究結(jié)果于2019年5月1日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Single-cell transcriptomic analysis of Alzheimer’s disease”。

論文共同通訊作者、麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室的Manolis Kellis教授說道，“在我看來，這項(xiàng)研究提供了首張圖譜來研究在阿爾茨海默病中在每種細(xì)胞類型中發(fā)生了變化的所有分子過程，我們?nèi)缃衲軌蚩煽康貙?duì)這些細(xì)胞進(jìn)行描述。它開啟了一個(gè)了解阿爾茨海默病的全新時(shí)代。”

這項(xiàng)研究顯示，阿爾茨海默病患者的軸突髓鞘形成過程受到嚴(yán)重破壞。這些研究人員還發(fā)現(xiàn)，男性和女性的腦細(xì)胞在他們的基因?qū)@種疾病的反應(yīng)方式上存在顯著的差異。

單細(xì)胞分析

這些研究人員分析了24名表現(xiàn)出高水平阿爾茨海默病病理學(xué)特征的人和24名具有相似年齡的沒有這些疾病跡象的人的尸檢大腦樣本。所有受試者都是“宗教秩序研究（Religious Orders Study）”的一部分，其中宗教秩序研究是一項(xiàng)關(guān)于衰老和阿爾茨海默病的縱向研究。他們還獲得了這些受試者在認(rèn)知測試中作出表現(xiàn)的數(shù)據(jù)。

這些研究人員對(duì)來自這些受試者的大約8萬個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序。論文共同通訊作者、麻省理工學(xué)院皮考爾學(xué)習(xí)與記憶研究所主任Li-Huei Tsai說道，之前對(duì)阿爾茨海默病患者基因表達(dá)的研究已測量了一部分腦組織的總體RNA水平，但是它們都沒有區(qū)分不同細(xì)胞類型之間的差別，這就可能掩蓋豐度較小的細(xì)胞類型中發(fā)生的變化。

她說，“我們想知道我們是否可以區(qū)分每種細(xì)胞類型在健康的腦組織和患病的腦組織之間具有不同的基因表達(dá)模式。這是單細(xì)胞水平分析的強(qiáng)大功能：人們能夠真正看到大腦中所有不同細(xì)胞類型之間的差異。”

通過使用單細(xì)胞測序方法，這些研究人員不僅能夠分析最豐富的細(xì)胞類型，包括興奮性和抑制性神經(jīng)元，而且還能分析稀有的非神經(jīng)元腦細(xì)胞，如少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞類型中的每一種在阿爾茨海默病患者中都表現(xiàn)出明顯的基因表達(dá)差異。

一最重要的變化發(fā)生在與軸突再生和髓鞘形成相關(guān)的基因中。髓鞘是一種讓軸突保持電隔離的脂肪鞘，有助于這些軸突傳遞電信號(hào)。這些研究人員發(fā)現(xiàn)，在患有阿爾茨海默病的個(gè)體中，與髓鞘形成相關(guān)的基因在神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞（產(chǎn)生髓鞘的細(xì)胞）中都受到影響。

大多數(shù)這些細(xì)胞類型特異性的基因表達(dá)變化發(fā)生在這種疾病的發(fā)展早期。在后期階段，這些研究人員發(fā)現(xiàn)大多數(shù)細(xì)胞類型具有非常相似的基因表達(dá)變化模式。具體而言，大多數(shù)腦細(xì)胞激活了與應(yīng)激反應(yīng)、程序性細(xì)胞死亡以及維持蛋白完整性所需的細(xì)胞復(fù)合物相關(guān)的基因。

性別差異

這些研究人員還發(fā)現(xiàn)了基因表達(dá)模式與阿爾茨海默氏癥嚴(yán)重程度的其他指標(biāo)（淀粉樣斑塊和神經(jīng)原纖維纏結(jié)的水平）以及認(rèn)知障礙之間的相關(guān)性。這允許他們能夠鑒定出似乎與這種疾病的不同方面相關(guān)的基因“模塊”。

論文共同**作者、麻省理工學(xué)院博士后研究員Hansruedi Mathys說道，“為了鑒定出這些模塊，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新策略，它涉及使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這讓我們能夠以一種完全無偏見的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式了解一系列與阿爾茨海默病不同方面相關(guān)的基因。我們預(yù)計(jì)這種策略對(duì)鑒定與其他腦部疾病相關(guān)的基因模塊也很有價(jià)值。”

這些研究人員說道，最令人吃驚的發(fā)現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了男性和女性阿爾茨海默病患者的腦細(xì)胞之間的巨大差異。他們發(fā)現(xiàn)，男性患者的興奮性神經(jīng)元和其他腦細(xì)胞在阿爾茨海默病中表現(xiàn)出的基因表達(dá)變化并不如女性患者中的那么顯著，即使這些患者確實(shí)表現(xiàn)出相似的癥狀，包括淀粉樣蛋白斑和認(rèn)知障礙。相比之下，來自女性患者的腦細(xì)胞在阿爾茨海默病中顯示出更嚴(yán)重的基因表達(dá)變化，以及更多的發(fā)生變化的通路。

Tsai說，“當(dāng)我們意識(shí)到有一些非常有趣的事情發(fā)生時(shí)。我們感到非常震驚。”

到目前為止，尚不清楚為何存在這種差異。在產(chǎn)生髓磷脂的少突膠質(zhì)細(xì)胞中，這種性別差異尤為明顯，因此這些研究人員對(duì)患者的白質(zhì)進(jìn)行了分析，這種白質(zhì)主要由有髓鞘的軸突組成。通過對(duì)參與宗教秩序研究的另外500名受試者進(jìn)行一組核磁共振成像（MRI）掃描，他們發(fā)現(xiàn)，有嚴(yán)重記憶缺陷的女性受試者的白質(zhì)損傷程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于匹配的男性受試者。

這些研究人員表示，還需要開展更多的研究來確定為什么男性和女性對(duì)阿爾茨海默病的反應(yīng)如此不同，而且這些研究結(jié)果可能會(huì)對(duì)開發(fā)和選擇治療方法產(chǎn)生影響。

論文共同**作者、麻省理工學(xué)院博士后研究員Jose Davila-Velderrain說道，“越來越多的臨床和臨床前證據(jù)表明阿爾茨海默病易感性存在性別差異，但是它的內(nèi)在機(jī)制是未知的。我們的研究指出了與非神經(jīng)元成髓鞘細(xì)胞（non-neuronal myelinating cell）相關(guān)的細(xì)胞過程變化潛在地發(fā)揮著作用。確定這些差異是否僅在一種性別中保護(hù)或損害腦細(xì)胞---以及如何在另一種性別中按照預(yù)期的方向?qū)@種反應(yīng)加以平衡將是其中的關(guān)鍵。”

這些研究人員如今正在使用小鼠和人誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞模型來進(jìn)一步研究他們?cè)谶@項(xiàng)研究中鑒定出的與阿爾茨海默病相關(guān)的一些關(guān)鍵細(xì)胞通路，包括那些參與髓鞘形成的通路。他們還計(jì)劃對(duì)與阿爾茨海默病有關(guān)的其他形式的癡呆癥以及諸如精神分裂癥、雙相情感障礙、精神病和多種癡呆癥等其他腦部疾病開展類似的基因表達(dá)分析。