文献解读：活化的小胶质细胞减轻Aβ相关tau蛋白播种扩散

导读:

在阿尔茨海默病(AD)模型中，小胶质细胞表达的TREM2基因中的AD风险变异减少了Aβ斑块相关的小胶质细胞增生，增加了神经炎性营养不良以及斑块相关的tau聚集物的播种和扩散。这种Aβ增强的tau蛋白播种和扩散是由于小胶质细胞功能的丧失还是TREM2缺陷的小胶质细胞中毒性的功能获得尚不清楚。近期在《Journal of Experimental Medicine》(IF=11.743)期刊上发表了题为“Activated microglia mitigate Aβ-associated tau seeding and spreading”的文章。AD病理背景下作者研究团队对小胶质细胞移除和再生是否减少了Aβ驱动的tau蛋白的播种和扩散提出疑问。发现TREM2^KO和小胶质细胞切除显著增强了tau蛋白的播种和在斑块周围扩散。尽管重组的小胶质细胞聚集在斑块周围，但它们的疾病相关小胶质细胞(DAM)基因表达减少，tau蛋白播种和扩散增加。综上所述，这些数据表明，TREM2依赖的DAM表型激活在延迟Aβ诱导的tau蛋白病理性增殖中至关重要。

阿尔茨海默病(AD)的特征是由聚集形式的淀粉样β蛋白和神经内神经原纤维缠结(NFTs)、和含有聚集形式tau蛋白的营养不良神经突起组成的细胞外斑块。tau病理学向边缘皮层和新皮层的发展似乎是由Aβ病理学的存在所驱动的，并与阿尔茨海默病患者的认知障碍相关。

Aβ斑块的存在促进了营养不良神经突起中局部tau蛋白的播种，从而导致小鼠神经突起斑块 tau聚集体和NFTs中磷酸化形式tau蛋白的扩散和形成。除了tau和Aβ病理外，AD脑中的神经炎症也很明显，包括小胶质细胞的形态、活化状态和分布的改变，其特征为疾病相关的小胶质细胞或聚集在淀粉样斑块周围的神经退行性疾病小胶质细胞。

在DAM中，稳态小胶质细胞基因如P2ry12、Tmem119、Cx3cr1表达下调，几个与阿尔茨海默病相关的激活标记，如ApoE和TREM2的表达增加。在淀粉样蛋白小鼠模型中，斑块周围DAM的聚集依赖于TREM2的活性，并且TREM2基因的部分功能缺失变异体将患AD的风险增加了2-4倍。

尽管斑块相关的小胶质细胞增生的功能后果仍不清楚，但在APPPS1–21淀粉样蛋白沉积小鼠模型中，TREM2的缺失或AD相关TREM2变异体的表达增加了神经营养不良以及NPs (NP-tau)周围磷酸化tau蛋白的播撒和扩散；在TauPS2APP小鼠中，TREM2的缺失也增加了Aβ驱动的tau的病理和变性；在AD患者中也是如此。在TREM2缺乏中，NP-tau的增加是否是由于小胶质细胞病理性tau的清除减少或神经营养不良增加所致尚不清楚。

驻留小胶质细胞的功能对于减缓NP-tau 蛋白的播种和扩散至关重要

为了探讨小胶质细胞和小胶质细胞再生在NP-tau病理学中的作用，作者使用了一个先前描述的tau播种和扩散模型，通过向大脑注射从人类 AD 脑组织中分离的不溶性 tau 聚集物。用PLX3397 (PLX组)对5XFAD小鼠进行预处理，PLX3397是一种选择性CSF1R抑制剂，已被证明在AD-tau注射前可通过口服小鼠食物或AIN-76A对照食物(CTL组)3周轻易穿过血脑屏障并消除小胶质细胞（图1A）。

另一组小鼠用PLX预处理3周，随后再注射AD-tau以使大脑中的小胶质细胞重新增殖，随后用对照饮食喂养2周(P-C组)。该实验设计首先在WT小鼠中进行测试，以确认3周的PLX去除了大部分小胶质细胞，随后恢复到对照饮食2周，这允许小胶质细胞以类似于对照小鼠的方式重新繁殖。在6个月大5XFAD 小鼠齿状回和大脑皮质中单侧注射 AD-tau ，并在 3 个月后进行分析。

作者观察到在5XFAD小鼠的同侧海马(HC)和皮质中广泛播散的NP-tau，以及在对侧HC和皮质中广泛播散的NP-tau。在小胶质细胞衰竭的小鼠中，这种NP-tau的播散显著增加（图1B-F）。令人惊讶的是，在小胶质细胞再生小鼠中，NP-tau病理也显著升高。

作者随之想在本实验中比较小胶质细胞消融，特别是小胶质细胞再群体对TREM2缺陷的影响，以便更好地理解在这些不同状态下观察到的与小胶质细胞功能障碍类型相关的表型。在评估Aβ诱导的NP-tau种子播撒和扩散时，作者证实了之前在不同的淀粉样小鼠模型中发现的升高的NP-tau种子播撒在trem2缺陷小鼠中，其程度与PLX和P-C组非常相似。

为了证实皮质NP-tau病理增加独立于Aβ斑块的数量，我们进行了共聚焦分析，并定量了个体X34 Aβ斑块周围的NP-tau数量(图1G-J)。作者证实，代表接种和扩散的NP-tau病理学随着小胶质细胞或TREM2功能的丧失以及小胶质细胞的重新增殖而显著增加。

作者将此发现与之前的一项研究形成对比显示，在消耗小胶质细胞后，tau增殖受到显著抑制。有趣的是，作者使用了一个非淀粉样斑块沉积小鼠模型，表明淀粉样病变改变了小胶质细胞在tau在播种和扩散中的作用。总而言之，这些数据支持常驻的、表达 TREM2 的小胶质细胞对于减缓种植在周围斑块 NP-tau 的负担和扩散至关重要。

图1 在5XFAD小鼠中，小胶质细胞衰竭、TREM2 KO或小胶质细胞再生显著增加了NP-tau的播种和扩散

斑块相关的神经营养不良增加，与NP-tau病理和衰竭的重新增殖的或T2^KO小胶质细胞相关

接下来，作者研究了小胶质细胞功能或数量受到影响时，NP-tau病理变化的原因。首先，作者评估了9月龄5 XFAD小鼠皮质小胶质细胞的数量。

如前所述， PLX治疗去除了同侧和对侧皮质中的大部分小胶质细胞，尽管一些小胶质细胞(约20%)对PLX治疗有耐药性。当作者评估Aβ斑块周围小胶质细胞聚集的数量时(图2A-D)，还观察到在PLX处理和TREM2缺陷小鼠中，小胶质细胞聚集在淀粉样斑块周围的数量更少。有趣的是，80%的PLX抗性小胶质细胞聚集在淀粉样斑块周围。这表明在5XFAD小鼠中，一群活化的小胶质细胞独立于CSF1R信号而存活。

相比之下，P-C小鼠表现出与对照组小鼠相似的斑块周围强有力的小胶质细胞聚集。如先前报道，作者观察到T2^KO  小鼠中斑块相关的小胶质细胞减少。小胶质细胞减少和TREM2缺乏与淀粉样蛋白依赖性神经营养不良增加有关，而淀粉样蛋白依赖性神经营养不良又与NP-tau播种和扩散增加有关。小胶质细胞再生是否改变神经营养不良尚不清楚。

因此，作者采用BACE1 免疫染色，BACE1 在营养不良的神经突中积累。我们观察到在同侧和对侧皮质中， PLX、PC 和 T2^KO 组中 BACE1 进程的数量较 CTL组 显着增加，这也与 AT8 染色相关(图2E-H)。除P-C小鼠外，作者进一步观察到AT8 NP-tau病理、BACE1 神经炎营养不良和Iba1 小胶质细胞聚集的Aβ斑块数量之间存在强相关性，提示小胶质细胞可能在减轻斑块诱导的神经元毒性中起重要作用，而这反过来可能促进NP-tau的增殖(图2I，J)。重要的是，尽管重新增殖的小胶质细胞以与对照处理的小胶质细胞相似的密度聚集在斑块周围，但NP-tau病理和神经营养不良的数量显著增加。神经营养不良的结果类似于以前的报告，该报告发现小胶质细胞重新增殖4周后皮质神经营养不良升高，而不是之前研究的14周。

总的来说，这表明重新增殖的小胶质细胞可减轻斑块相关毒性，更重要的是，减轻β-淀粉样蛋白介导的tau播种和扩散存在不足。

图2 小胶质细胞的改变，无论是衰竭的、重新繁殖的还是TREM2 KO，都与斑块周围神经营养不良的增加有关，这与NP-tau病理相关

重组或 T2^KO小胶质细胞与更多的淀粉样斑块相关，但与斑块相关的 ApoE 减少

接下来，作者使用抗Aβ抗体(HJ3.4)和原纤维斑块染色法评估了小胶质细胞减少和再增殖对Aβ斑块的影响（图3A-J）。重要的是，小胶质细胞减少和TREM2 KO小鼠模型在小胶质细胞对淀粉样斑块负荷的影响方面报告了相互矛盾的结果。

作者发现 Aβ 斑块在 CTL 和 PLX 组中具有可比性，但观察到与 CTL 相比，具有重新填充或 T2^KO 小胶质细胞的 5XFAD 小鼠的 Aβ 病理增加，这可能是在缺乏TREM2 的情况下斑块致密性受损。

最近证明，在TREM2缺乏小鼠或遗传性小胶质细胞切除模型中，TREM2的缺失增加了淀粉样病变的发生，并减少了斑块相关的ApoE。证实T2^KO小鼠显示ApoE与斑块的共定位显著降低，并且ApoE存在于小胶质细胞中(图3K-O)，表明斑块相关的ApoE起源于小胶质细胞。有趣的是，经过PLX处理和CTL处理的小鼠中，斑块和斑块相关的小胶质细胞中ApoE的数量没有显著差异，这表明PLX小鼠中持续存在的斑块相关的小胶质细胞仍然处于高激活状态(图3,K-O)。

相反，作者注意到在P-C小鼠中，ApoE与斑块和小胶质细胞的共定位均减少，进一步表明重组的小胶质细胞没有获得典型的DAM表型，尽管在斑块周围聚集。鉴于星形胶质细胞是大脑中表达ApoE的主要细胞类型，作者还评估了斑块周围GFAP 星形胶质细胞的数量。小胶质细胞减少或重新增殖不影响GFAP 星形胶质细胞的数量；然而，TREM2缺失强烈抑制了斑块周围星形胶质细胞的聚集以及GFAP基因水平。

图3 在5XFAD小鼠中，重新增殖的小胶质细胞或TREM2 KO增加淀粉样斑块并减少斑块相关的ApoE

再生的小胶质细胞不能重新建立DAM特征

为了评估不同组的小胶质细胞激活情况，我们首先用Iba1(小胶质细胞)和CD68吞噬溶酶体在X34 斑块周围的小胶质细胞中进行脑切片(图4A-C)。

作者观察到CTL和抗-PLX小胶质细胞中斑块周围每个小胶质细胞的CD68 囊泡体积相似。相反，作者观察到再生和T2^KO 小胶质细胞内CD68 小泡明显减少，表明小胶质细胞的晚期内吞体/溶酶体功能和总体DAM激活状态在这些组的同侧和对侧皮质中均有所下降。小胶质细胞晚期内吞体/溶酶体活性的降低可能通过未能有效清除大脑中的NP-tau而增加NP-tau的播撒和扩散。考虑到P-C小鼠表现出较高的NP-tau病理，而斑块相关小胶质细胞的激活降低，决定使用第二组6个月大的动物，在NP-tau注射前立即比较实验组体内稳态和DAM基因的表达水平。

作者评估了皮质中的基因表达谱(图4D)，并观察到与CTL小鼠相比，小胶质细胞再生小鼠的DAM和促炎细胞因子基因表达(例如，Cst7和IL1β)减少。与减少的CD68染色一致，重建的小胶质细胞显示提高了稳态基因的表达(例如，TMEM119)。有趣的是，作者在小胶质细胞再生的小鼠中观察到IL34基因表达的增加，这可能解释了残留的PLX抗性小胶质细胞的增殖衍生的小胶质细胞如何能够重新填充大脑。

总之，我们证明，尽管存在Aβ淀粉样蛋白病理，但再生的小胶质细胞尚未建立典型的DAM特征。重要的是，重组的小胶质细胞也显示出较低的TREM2基因表达，这可以解释在重组小胶质细胞的小鼠和TREM2缺陷小鼠之间观察到的类似结果。

图4 再生的小胶质细胞表现出稳态表型，T2KOBMDMs降解AD-tau较慢

TREM2调节AD-tau蛋白清除

由于在T2^KO小鼠中观察到NP-tau播种增加，并且具有重新增殖的小胶质细胞的小鼠显示TREM2表达减少，因此作者通过将AD-tau与pHrodo结合的体外吞噬作用试验来测试TREM2对人tau摄取和降解的影响（图4E-J）。

作者首先用 AD-tau 处理来自 WT 或 T2^KO 小鼠的骨髓衍生巨噬细胞 (BMDM)，孵育 4、12、24 和 48 小时。我们在 WT 和 T2^KO BMDMs 之间的平均荧光强度和阳性细胞百分比上观察到类似的 AD-tau 摄取（图4E,H）。然而，当作者用AD-tau处理骨髓基质细胞1小时，然后评估48小时后tau降解时，我们发现在WT骨髓基质细胞中pHrodo信号衰减得比在T2^KO BMDMs中更快（图4F,G,I，J），表明没有 TREM2 的骨髓细胞中tau 降解存在缺陷。

这些结果表明，在具有重新填充和 T2^KO小胶质细胞的小鼠中增加的 AD-tau 播种可能是小胶质细胞 AD-tau 降解缺陷的结果。

小 结

Aβ 如何增强 tau 病理学以驱动 AD 发病机制是疾病进展的关键步骤，因为它会驱动神经变性，需要更好地了解。

作者研究团队评估了药物诱导的小胶质细胞再生是否能防止NP-tau的播散和扩散，发现小胶质细胞的消耗或TREM2缺乏增加了Aβ斑块周围营养不良神经元中NP-tau病理的易感性以及tau病理的扩散。小胶质细胞的重新增殖也表现出NP-tau病理性增加，这很可能部分是由于重新增殖的小胶质细胞未能从稳态表型转变为DAM表型。

作者研究团队数据支持TREM2依赖性小胶质细胞激活在 Aβ 和 tau 病理学交叉点起关键作用。小胶质细胞转变为 DAM 表型的能力似乎对限制 AD 中 Aβ 斑块介导的 tau 发病机制至关重要。作者的研究团队的数据表明，在 AD 阶段，当 Aβ 驱动 tau 播种和扩散时，应在治疗上探索 TREM2 激活以及刺激小胶质细胞 DAM 表型的其他方法。

精读文献请下载原文：

Maud Gratuze, Yun Chen, Samira Parhizkar, Nimansha Jain, Michael R Strickland, Javier Remolina Serrano, Marco Colonna, Jason D Ulrich, David M Holtzman. Activated microglia mitigate Aβ-associated tau seeding and spreading. J Exp Med. 2021 Aug 2;218(8): e20210542. doi: 10.1084/jem.20210542.

END

编 译/ 吴小恋

校 审/蔡玉洁