美國加州大學Martin Kampmann和Lea T. Grinberg團隊合作揭示了阿爾茨海默氏病（AD）中選擇性脆弱神經元的分子特徵。該項研究成果發表在2021年出1月11日出版的《Nature Neuroscience》雜誌上。
在哺乳動物中，內嗅皮層（EC）是一種在系統發育上相對保守的大腦結構，它是最先積累tau陽性神經原纖維包涵體併產生神經元丟失的皮層區域之一。RORB(RAR-RelatedOrphan Receptor B)編碼一種轉錄因子，被認為是新皮質層神經元的標誌蛋白和發育驅動因子。
研究者選取10名攜帶ApoEε3/ε3基因男性患者死後腦組織細胞核進行單核RNA測序（snRNA-seq）分析，結合用於可測量的神經原纖維包涵體聚集與臨床認知功能下降的相關性的Braak評分系統，推測疾病不同階段與EC和上額回（SFG）組織匹配的Braak評分，從而評估疾病程序對細胞型別及其亞群的影響。
1、阿爾茨海默病程中伴隨多種細胞亞型改變
研究者從EC、SFG中分別收集42,528、63,608個細胞，檢測其平均基因數和唯一分子標誌(UMI)發現，與之前釋出的AD snRNA-seq資料集相比，轉錄本覆蓋率相似或更高。透過交叉樣本比對後，研究者進行了聚類和恢復聚類分析，表明t 分佈隨機鄰域嵌入（t-SNE）中的空間分組與個體起源基本無關(圖1b，c)。此外，群集顯示不同細胞型別標記的特異性表達，並以與分級聚類中的細胞標記的表達方式一致(圖1d，e)。
消除技術和實驗因素對聚類的影響後，根據細胞表達的標記分子將叢集分為多種細胞型別，包括興奮性神經元、抑制性神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞、少突膠質細胞前體細胞、小膠質細胞和內皮細胞。
研究者為每個參與者聚類分配到相同細胞型別的簇，然後計算每個個體中細胞型別的相對丰度。使用beta迴歸檢驗以及Holm法進行多重檢驗校正。雖然細胞型別的相對丰度在統計學上沒有太大的變化，但觀察到在Braak階段2(Punadting=0.18)和6(Punadting=0.02)的EC興奮神經元的相對丰度有下降的趨勢，而SFG興奮神經元的相對丰度僅在Braak階段6(Punadting=0.05)下降，表明興奮神經元相對於AD的抑制性神經元更脆弱。
2、興奮性神經元亞群的選擇性脆性
透過交叉樣本對比EC和SFG中的興奮性神經元進行亞群聚類分析，探討特定的興奮性神經元亞群是否隨著疾病的進展而相對丰度顯著下降。為鑑定EC(EC：Exc.s2，EC：Exc.s4和EC：Exc.s1)中選擇性脆弱的興奮性神經元亞群的分子標記，檢測不同亞群間差異表達的基因的轉錄水平，最終，發現一組不超過四個亞群特異性表達RORB的EC:Exc.s2和EC:Exc.s4，CTC-340A15.2和CTC-535M15.2(圖2c)。
研究者重點分析EC：Exc.s2和EC：Exc.s4，其表達較高的基因富含軸突定位蛋白和電壓門控鉀通道，而表達較低的基因富含突觸和樹突定位蛋白以及涉及G蛋白介導的訊號傳導、離子轉運和神經遞質受體訊號傳導的通路。
分析SFG的興奮性神經元亞群后，發現共有11個表達不同的新皮質層特異性基因群(圖2b，d)，從而重現新皮層的層狀結構。有趣的是，研究者在EC中發現SFG：Exc.s4和SFG：Exc.s2的脆弱性標記(RORB，CTC-340A15.2和CTC-535M15.2)標記，只在Braak第6階段(圖2D)才表現相對丰度下降趨勢，與SFG中晚期出現的神經原纖維包涵體的起始於Braak第5階段一致。
3、驗證表達RORB的興奮性神經元選擇性脆弱性
為驗證AD患者EC表達RORB的興奮性神經元脆弱性，研究者對26名死於Braak 0至6期的患者進行了多重免疫熒光法標記核（DAPI），興奮性神經元（TBR1），RORB+神經元和磷酸化tau神經元內含物（CP13，可檢測到在202位磷酸化的tau蛋白）。對比與Braak階段0-1，研究者觀察到Braak階段2-4和5-6的興奮性神經元中RORB +神經元的比例降低（圖3d，e）。
此外，與RORB-興奮性神經元相比，透過分析AD患者的子集，研究者在RORB +中優先檢測到了磷酸化tau（CP13）（圖3f，g）。從而證實了表達RORB的興奮性神經元在AD中非常脆弱，並支援其耗竭是tau神經原纖維堆積的結果。
4、總結
作者透過配對AD患者和正常對照者的大腦區域snRNA-seq分析，對AD患者選擇性脆弱的神經元群體進行了開創性的分子表徵，為將來的動物和體外模型中選擇性易損性機制的基礎研究提供參考，如人類誘導多能幹細胞衍生的神經元，其中CRISPR抑制和啟用技術的應用能夠闡明轉錄組變化的功能。該文不足是僅僅分析中只包括攜帶APOEε3/ε3基因型的男性患者，將來的研究應針對性別和APOE地位對阿爾茨海默病選擇性易感性的影響進行系統分析。
參考文獻：
Leng K, Li E, Eser R,Piergies A, Sit R, Tan M, Neff N, Li SH, Rodriguez RD, Suemoto CK, Leite REP,Ehrenberg AJ, Pasqualucci CA, Seeley WW, Spina S, Heinsen H, Grinberg LT, Kampmann M (2021). Molecular characterizationof selectively vulnerable neurons in Alzheimer's disease. Nature neuroscience.
校審： 胖兔子可可 (Brainnews編輯部)