**對阿爾茨海默病進行單細胞轉錄組分析

在美國，阿爾茨海默病影響了500多萬人。在一項新的研究中，來自美國麻省理工學院的研究人員**對阿爾茨海默病患者的單個腦細胞中表達的基因進行了綜合分析。所獲得的分析結果允許他們鑒定出在神經元和其他類型的腦細胞中受到影響的獨特細胞通路。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。相關研究結果于2019年5月1日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Single-cell transcriptomic analysis of Alzheimer’s disease”。

論文共同通訊作者、麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室的Manolis Kellis教授說道，“在我看來，這項研究提供了首張圖譜來研究在阿爾茨海默病中在每種細胞類型中發(fā)生了變化的所有分子過程，我們如今能夠可靠地對這些細胞進行描述。它開啟了一個了解阿爾茨海默病的全新時代。”

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

單細胞分析

這些研究人員分析了24名表現出高水平阿爾茨海默病病理學特征的人和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關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知測試中作出表現的數據。

這些研究人員對來自這些受試者的大約8萬個細胞進行了單細胞RNA測序。論文共同通訊作者、麻省理工學院皮考爾學習與記憶研究所主任Li-Huei Tsai說道，之前對阿爾茨海默病患者基因表達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)分不同細胞類型之間的差別，這就可能掩蓋豐度較小的細胞類型中發(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模式。這是單細胞水平分析的強大功能：人們能夠真正看到大腦中所有不同細胞類型之間的差異。”

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

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。這些研究人員發(fā)現，在患有阿爾茨海默病的個體中，與髓鞘形成相關的基因在神經元和少突膠質細胞（產生髓鞘的細胞）中都受到影響。

大多數這些細胞類型特異性的基因表達變化發(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)現大多數細胞類型具有非常相似的基因表達變化模式。具體而言，大多數腦細胞激活了與應激反應、程序性細胞死亡以及維持蛋白完整性所需的細胞復合物相關的基因。

性別差異

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

論文共同**作者、麻省理工學院博士后研究員Hansruedi Mathys說道，“為了鑒定出這些模塊，我們設計了一種新策略，它涉及使用人工神經網絡，這讓我們能夠以一種完全無偏見的數據驅動方式了解一系列與阿爾茨海默病不同方面相關的基因。我們預計這種策略對鑒定與其他腦部疾病相關的基因模塊也很有價值。”

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

Tsai說，“當我們意識到有一些非常有趣的事情發(fā)生時。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。在產生髓磷脂的少突膠質細胞中，這種性別差異尤為明顯，因此這些研究人員對患者的白質進行了分析，這種白質主要由有髓鞘的軸突組成。通過對參與宗教秩序研究的另外500名受試者進行一組核磁共振成像（MRI）掃描，他們發(fā)現，有嚴重記憶缺陷的女性受試者的白質損傷程度要遠遠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阿爾茨海默病的反應如此不同，而且這些研究結果可能會對開發(fā)和選擇治療方法產生影響。

論文共同**作者、麻省理工學院博士后研究員Jose Davila-Velderrain說道，“越來越多的臨床和臨床前證據表明阿爾茨海默病易感性存在性別差異，但是它的內在機制是未知的。我們的研究指出了與非神經元成髓鞘細胞（non-neuronal myelinating cell）相關的細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或損害腦細胞---以及如何在另一種性別中按照預期的方向對這種反應加以平衡將是其中的關鍵。”

這些研究人員如今正在使用小鼠和人誘導性多能干細胞模型來進一步研究他們在這項研究中鑒定出的與阿爾茨海默病相關的一些關鍵細胞通路，包括那些參與髓鞘形成的通路。他們還計劃對與阿爾茨海默病有關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分析。