导读 阿尔茨海默病（AD）是一种进行性、不可逆的脑部疾病。AD的一个显著特色是一种叫做淀粉样蛋白（Aβ）的蛋白质非常高积累，在大脑中形成独特的块状物称之为 "斑块"。大脑中的小胶质细胞，能识别传染、有毒物质和损伤的细胞，并通过打消这些物质来保护神经细胞。小胶质细胞功能障碍是阿尔茨海默病的关键病理特色。
近期，在elife期刊揭橥了《Fibrillar Ab triggers microglial proteome alterations and dysfunction in Alzheimer mouse models》的研究论文。作者对淀粉样蛋白β（Aβ）病理学的两个小鼠模型（过表达APPPS1和敲入APP-NL-G-F（APP-KI））中小胶质细胞进行了深入和韶光分辨的蛋白质组学表征。标注了一组小胶质细胞Aβ反应蛋白群（MARPs），它们反响了Aβ沉积早期、中期和晚期阶段小胶质细胞变革的异质性，并在APPPS1小鼠中涌现较早。
令人惊异的是，蛋白质组的动力学差异与Aβ纤维的存在有关，而不是营养不良的神经轴突，提示原纤维抗体可能触发AD干系的小胶质细胞表型和不雅观察到的功能低落。鉴定出的AD小胶质蛋白质组学特色为新型分子靶标的功能研究和监测AD进展或治疗效果的潜在生物标志物供应了参考。
1. 与APP-KI小胶质细胞比较，APPPS1小胶质细胞更早地形成与AD干系的蛋白质组学特色
在APPPS1和APP-KI的小鼠模型中，淀粉样斑块沉积涌如今相似的年事段（6-8周）。为了揭示不同淀粉样蛋白沉积阶段小神经胶质蛋白组的动态改变，作者剖析了分别来自1，3，6和12个月大的APPPS1和APP-KI小鼠的小胶质细胞，以及其年事相匹配的野生型（WT）小鼠（图1）。
为了便于进行蛋白质组剖析，作者首先优化了小神经胶质的分离程序，利用MACS技能从小鼠大脑等分离出CD11b阳性的小胶质细胞，然后，优化了微胶质蛋白组剖析的数据采集方法。12个月龄小鼠的APPPS1小胶质细胞显示了776种显著的上调蛋白和633个下调蛋白，而APP-KI小胶质细胞显示了704个上调蛋白和666个下调蛋白。总的来说，数据显示，在这两种小鼠模型中，淀粉样蛋白斑块的积累导致小神经胶质向AD干系表型发展，但是，APPPS1和APP-KI小胶质细胞的反应动力学是不同的。
图1 急性分离的小胶质细胞的定量蛋白质组学
2.MARPs的识别作为早、中和晚期淀粉样蛋白阶段的标志
作者测定了在Aβ蛋白沉积的早期、中期和晚期首先涌现的蛋白质改变，以及在所有的剖析阶段发生的变革，并一贯追踪着淀粉样蛋白的积累。为此，作者选择了APPPS1小鼠模型作为参考，由于它能显示早期的变革，相较于APP-KI，APPPS1小鼠模型能供应一个更好的关于蛋白质改变淀粉样蛋白反应的韶光分辨率（图2A）。
早期组的小胶质细胞Aβ反应蛋白群（MARPs）包括几个先前确定的转录DAM标记物比如ITGAX (CD11c), APOE, CLEC7a, LGALS3 (Galectin-3) 和CD68 （图2B）；中期组的MARPs包括上调的蛋白质如FABP3, FABP5, CD63, TREM2, MIF 和GUSB（图2C）；晚期的MARPs表达只有在广泛的淀粉样蛋白病理时才会发生改变的蛋白质，该组包括参与钙离子结合的上调蛋白质，比如NCAN,MYO5A, HPCAL4, TTYH1和GCA以及在内吞/溶酶体系统中发挥浸染的下调蛋白比如TFEB, TFE3和BIN1，还有不同的G蛋白偶联受体旗子暗记蛋白包括GNG2, GNG5和GNG10也显示丰度低落（图2D）。
图2 早期、中期和晚期MARPs
早期的MARPs基因本体(GO)簇富集剖析显示， 上调的蛋白富含免疫反应、病毒反应、滋扰素β和细胞因子反应、抗原处理和呈递以及生物和脂质反应（图3）。
图3 MARPs生物过程（BP）的基因本体富集簇剖析
综上，作者的研究提出该组学特色可用来跟踪小胶质蛋白组，并且供应了一种资源，该资源可以在Aβ积累的不同阶段中映射出大脑免疫力的变革。
3.斑块干系的小胶质细胞中检测到的蛋白质组变革
作者通过利用从12个月龄的APPPS1和APP-KI小鼠的小胶质细胞等分离出来的小胶质细胞进行Western blot剖析，验证了蛋白质组的变革。该剖析证明了相较于WT小鼠，在两种转基因小鼠模型中早期MARPs APOE和CD68的明显增加，中位MARPs TREM2和FABP5以及领先的MARP CSF1R的水平降落（图4）。
图4 12个月APPPS1和APP-KI小鼠的定量和调节蛋白
此外，为了可视化APPPS1和APP-KI小鼠中改变的小胶质蛋白的空间分布，蛋白质组学的变革也通过免疫组化验证。对3个月大的APPPS1小鼠进行免疫组织学剖析，已经创造选定的MARP，如CLEC7a（图5），TREM2, APOE的免疫反应性增强，标志着AD中小胶质激活的初始阶段。
图5 小胶质细胞CLEC7a在3个月大的APPPS1小鼠中明显上调
这些增长在IBA1阳性的小胶质细胞中检测到， 而这些小胶质细胞聚拢在淀粉样蛋白斑块上，但在离斑块更远的小胶质细胞中没有，并且在3个月大的APP-KI小鼠中不那么明显（与其蛋白质组数据同等）。
据此，与WT小鼠比较，在12个月时，APPPS1和APP-KI小鼠都显示出选定的MARP CLEC7a的水平有类似的增加（图6），TMEM119的水平有所低落。这些数据表明，小胶质细胞和Aβ之间的相互浸染很可能触发蛋白质组的变革，由于它们可以在斑块干系的小胶质群体中不雅观察到。
图6小胶质细胞的CLEC7a在12个月龄的AD小鼠模型中均有增加TMEM119在12月龄的两种AD小鼠模型中均下调
4.APPPS1和APP-KI小鼠在淀粉样斑块沉积中呈现相同的动态变革，但在斑块纤维化方面存在差异
小胶质蛋白质组的变革幅度与伴随着疾病发展而积累的Aβ斑块有关。只管在两种小鼠模型中不雅观察到的斑块负荷相同（图1C、D和图2A），但是MARP标记的基因表型在不同的小鼠模型中是不同的，并且在APPPS1小鼠中发生较早。因此，在APPPS1和APP-KI的小鼠模型中，淀粉样蛋白斑块的性子彷佛是不同的。
在3个月龄的APP-KI小鼠中险些检测不到纤维素Aβ（图7），APP-KI小鼠中纤维素Aβ的数量在6个月和12个月时增加，但与APPPS1小鼠比较总体上仍旧较低。因此，作者展示了APPPS1和APP-KI小鼠模型在3个月龄时Aβ斑块纤维化的突出差异。
图7 与APP-KI斑块比较APPPS1小鼠的Aβ斑块显示出更高的纤维状Aβ含量
5.胶质的召募与纤维素Aβ干系
为了确定在AD中是什么缘故原由导致的小胶质细胞的反应，作者首先在两种小鼠模型中量化了小胶质增加到的Aβ斑块，该剖析是在早期病理阶段（3个月）进行的，作者创造了蛋白质组调节的突出差异（图1C、D和图2A），以及纤维素Aβ的量都有明显差异（图7A、B）。免疫组织化学剖析显示，在APPPS1小鼠中，IBA1阳性的小胶质细胞召募到大的ThR阳性原纤维Ab聚拢体中（图8A）。
量化剖析显示，相较于APP-KI小鼠，在APPPS1小鼠中的Aβ斑块周围，IBA阳性的小胶质聚拢增加， 只管他们的整体较大的Aβ斑块大小支持纤维状Aβ构象导致小胶质的聚拢，而不是斑块的大小（图8B、C）。
同样，作者不雅观察到，与APP-KI小鼠比较，APPPS1的Aβ斑块周围的CD68免疫反应增加了， 然而，在两个模型中，斑块附近的每个小胶质细胞的CD68旗子暗记是相似的。总的来说，作者推测小胶质的增加可能是由淀粉样蛋白斑块的纤维Aβ含量引起的，从而驱动MARP旗子暗记的得到。
图9 纤维状Aβ在3个月大的APPPS1小鼠中触发更高的小胶质细胞召募，并与吞噬功能障碍干系
6.吞噬细胞的损伤与MARP标志物的涌现有关
APPPS1和APP-KI小鼠在小胶质细胞对淀粉样蛋白的反应动力学中不雅观察到的差异匆匆使作者研究小胶质细胞吞噬功能与MARP旗子暗记特色之间的关联。为此，作者利用E.coli-pHrodo摄取测定法评估了3个月和6个月大的APPPS1和APP-KI小鼠与相应年事匹配的WT小胶质细胞的吞噬能力。在3个月大的APPPS1小胶质细胞中检测到吞噬功能障碍，并且能够分离的CD11b阳性细胞数量减少。
值得把稳的是，APPPS1吞噬功能障碍在6个月大的小胶质细胞中没有进一步改变，这表明通过大肠杆菌摄取测定法测得的小胶质细胞功能毛病已在3个月大时完备确立，并具有早期MARP的特色。相反，APP-KI小胶质细胞在3个月时仍保持功能，但在6个月时表现出与APPPS1小胶质细胞相似的损伤（图9）。总的来说，作者不雅观察到小鼠模型之间小胶质功能障碍的不同动力学，这与MARP的涌现以及原纤维Aβ的存在有关。
小结
研究表明，小胶质细胞的改变是作为对Aβ沉积的反应而触发的，由于沉积前阶段没有揭示蛋白质组的变革。TREM2-APOE调节机制的改变支持了向MARP的转化。AD小胶质细胞表现出明显的滋扰素刺激、抗原递呈增加、细胞表面受体改变、脂质稳态和代谢。小胶质细胞的这些蛋白质组学变革彷佛是对纤维Aβ的反应，反响在变形小胶质细胞的形态和吞噬能力受损。作者的蛋白质组数据集供应了一个有代价的研究资源，供应了Aβ沉积不同阶段的小胶质细胞变革信息，未来或容许用于监测小胶质细胞修复策略的治疗效果。
