解读Nature︱脑膜淋巴功能受损如何影响小胶质细胞应答和抗Aβ免疫治疗
以及以严谨的学术逻辑思维 探索神经科学之奥秘
撰文︱王思珍
责编︱王思珍
阿尔茨海默症（AD），俗称老年痴呆症，是一种最常见的神经退行性疾病。AD的显著特点之一是毒性β-淀粉样蛋白（Aβ）在大脑中的积累，形成Aβ斑块【1-2】。
长期以来，人们认为Aβ单克隆抗体（药物）的被动免疫治疗是一种很有前途的AD治疗策略，旨在增强对毒性Aβ的清除【3-4】。Aducanumab是一种目前最有希望的针对Aβ的人类单克隆抗体药物，然而临床试验结果却并不理想【3, 5】。
人类Aβ单克隆抗体Aducanumab（mAducanumab为鼠嵌合类似物）可以选择性地与不可溶性（即聚集形式）的Aβ结合（少量也可以与可溶性的Aβ结合），进而清除不溶性的Aβ（即Aβ斑块），发挥神经保护作用，减缓疾病进展【6】；类似地，另一种人类Aβ单克隆抗体BAN2401（mAb158为鼠嵌合类似物）则优先靶向可溶性的Aβ，与其结合，清除可溶性的Aβ，挽救神经元，减缓疾病进程【6】
尽管有研究表明，脑膜淋巴引流（meningeal lymphatic drainage）在脑内Aβ的积累中起着重要作用【3】，然而脑膜淋巴管功能的调节是否会影响AD的被动免疫治疗，目前尚不清楚。
2021年4月28日，美国弗吉尼亚大学神经科学系的Jonathan Kipnis教授实验室在Nature在线发表了题为Meningeal lymphatics affect microglia responses and anti-Aβ immunotherapy的最新论文，报道了脑膜淋巴引流影响AD小鼠模型中的小胶质细胞炎症反应和抗Aβ免疫治疗（该实验室的博士后研究员Sandro Da Mesquita为论文的第一作者和共同通讯作者）。
首先，作者观察到，13-14月龄大AD小鼠（5xFAD）的脑膜处淋巴覆盖面积有明显减少，随着整个脑膜Aβ的不断积累，背侧脑膜淋巴血系统逐渐恶化；血液和淋巴血管系统中都有广泛的Aβ沉积。而且6个月龄鼠的脑膜淋巴内皮细胞转录谱分析显示了与胞吐作用、磷脂酶D信号转导、对低密度脂蛋白应答相关基因表达的显著变化，这表明Aβ沉积可能会通过某些有害过程从而影响了脑膜淋巴内皮细胞。
鉴于上述现象，作者猜测，脑膜淋巴引流的改变可能影响了Aβ单克隆抗体对Aβ积累的清除。作者注也意到，小鼠淋巴管光切除会导致脑膜淋巴引流（途径）从脑脊液到颈深淋巴结的显著减少，这强调了在脑脊液引流中健康脑膜淋巴管的重要性。
通过给脑膜淋巴完整的成年AD小鼠（下文简称为完整鼠）腹腔注射mAducanumab（实验组）或mIgG（对照组）后（图1a），发现，完整鼠实验组Aβ斑块的密度降低了，大小则无变化（图1b-c）；而给脑膜淋巴消融的成年AD小鼠（下文简称为消融鼠）相同的治疗后，发现消融鼠实验组Aβ斑块覆盖率显著高于对照组，营养不良神经突起的数量显著增加、髓样细胞异常激活、纤维蛋白原水平增加（图1d-j）；并表现出明显的焦虑和认知能力衰退。这些数据提示：AD鼠脑膜淋巴引流的减少对大脑纤维蛋白原水平和神经炎症有有害影响，影响神经元的功能，进而转化为高度焦虑和认知能力的快速衰退。
图1 AD小鼠脑膜淋巴管功能受损限制了mAducanumab免疫治疗对大脑Aβ的清除，以及小鼠脑膜淋巴管功能受损调节小胶质细胞和神经血管应答
（图片引自：Da Mesquita, S., Papadopoulos, Z., Dykstra, T. et al. Nature (2021)）
有研究表明，在脑膜淋巴管功能障碍的小鼠模型中，通过淋巴途径的脑脊液流入存在异常【3, 7】。因此，作者猜测，成年消融鼠中mAb158对Aβ斑块靶向清除会受到影响。的确，实验表明，脑膜淋巴引流损伤会导致（脑脊液注射的）mAb158从脑脊液到大脑的流入量减少，进而导致对Aβ斑块清除的减少，相应地，Aβ在脑膜淋巴管沉积也就变多了。
紧接着，通过对小鼠大脑细胞的单细胞RNA测序，作者重点关注了与AD病理发生相关的两种细胞：小胶质细胞和（可形成血脑屏障的）血管内皮细胞（图1k-m）。与完整鼠相比：首先，消融鼠小胶质细胞的基因表达有显著变化，其中，表达上调的基因参与细胞因子产生、白细胞迁移、细胞趋化和髓系白细胞激活等通络，表达下调的基因则主要调节抗原加工和多肽抗原呈递、以及T细胞活化；消融鼠的小胶质细胞疾病状态（即激活状态）和静息状态相关基因的表达都有上调，而接受mAducanumab治疗后，疾病状态相关基因表达下调，静息状态相关基因表达上调，这表明，脑膜淋巴管消融会导致小胶质细胞中的静息状态丢失和神经退行性疾病特征获得，换言之，即引起小胶质细胞静息状态转变为疾病状态，而Aβ单克隆抗体治疗则可缓解这种现象（图1k-m）。其次，消融鼠血管内皮细胞的基因表达也有显著变化，表达上调基因涉及血管活化、内皮细胞迁移和增殖，表达下调基因则参与包括干扰素-γ、趋化因子和细胞因子所介导的信号通路、以及单核细胞趋化；此外，脑膜淋巴引流减少并不显著影响大脑血管内皮细胞中Aβ外排或转运相关基因的表达。总之，这整部分结果表明，脑膜淋巴管的消融（或功能受损）会引起脑淀粉样变的快速出现，进而引起有害的小胶质细胞激活、以及血管修复和白细胞迁移机制的异常发生。
图2 VEGF-C和抗体mAb158的联合治疗重新编程老年AD小鼠的海马转录谱，并塑造小胶质细胞和神经血管的应答
（图片引自：Da Mesquita, S., Papadopoulos, Z., Dykstra, T. et al. Nature (2021)）
接下来，作者通过联合表达mAb158和（由慢病毒介导的）血管内皮生长因子-C（简称VEGF-C），进而来探索脑膜淋巴管的治疗潜力。结果显示：第一，二者在另外两种AD小鼠（APPswe和J20）脑脊液的共表达，会增强对Aβ斑块的清除、显著减少小胶质细胞的增生和激活（图1a）。第二，老年APPswe小鼠海马基因差异表达分析显示，单独mAducanumab治疗诱导了突触组织、膜电位和神经递质转运相关基因的高表达，这些基因最后引起了对Aβ斑块清除的增强，单独mVEGF-C治疗则诱导了树突发育、蛋白质折叠、以及学习和记忆相关基因的高表达，二者联合治疗会一定程度上会抵消表达上调的基因（图2a-e）。第三、单细胞RNA测序分析显示，APPswe小鼠接受mVEGF-C治疗会小胶质细胞和血管内皮细胞中干扰素应答、抗原反应和处理相关基因有高表达（图2f-k），然而小胶质细胞并不会对mVEGF-C治疗产生直接应答，血管内皮细胞是否会产生的直接应答，结果并不十分确定。
目前，全基因组关联研究已经确定了许多与AD和其他疾病有关基因【8-9】。在此，作者发现，相当一部分与AD、帕金森病、以及多发性硬化症相关的基因在小鼠淋巴管内皮细胞中高表达；与皮质小胶质细胞相比，脑膜淋巴管内皮细胞和大脑血管内皮细胞中有更高比例的AD相关基因的高表达，而且这三种细胞中各自高表达基因与AD病理、风险发生和进展都有很强的关联性。
图3 基因集分析揭示了AD患者的脑膜淋巴管功能受损和小胶质细胞激活之间的联系。
（图片引自：Da Mesquita, S., Papadopoulos, Z., Dykstra, T. et al. Nature (2021)）
对AD患者和对照组（无神经病理特征）的大脑样本的单细胞核RNA测序技术分析显示，在脑膜淋巴管内皮细胞中与AD相关的高表达基因的单核苷酸多态性与人类顶叶皮层小胶质细胞中基因表达的改变相关（图3a）。所以，作者进一步对AD患者的大脑小胶质细胞转录组进行了分析，结果显示了5个小胶质细胞类群（图3c-d），表明了小胶质细胞的静息状态（类群1）和激活状态（类群2-5），且激活状态的小胶质细胞类群与AD更密切（图3e），包括散发性和家族性AD（类群2）、及症状出现前散发性AD（类群3）。
对完整和消融鼠的小胶质细胞转录组分析也得到了相似的结果（图3b）。值得注意的是，与完整鼠相比，消融鼠中静息状态的小胶质细胞比例大大减少（类群1），相反地，激活状态的小胶质细胞比例则大大增多（类群2-3）（图3e-g）；而且，消融鼠小胶质细胞中上调的基因与AD病理、风险发生和进展都有很强的关联性。
二、研究也强调了AD早期诊断和治疗干预的重要性，最好是在脑膜淋巴系统仍在运行的阶段进行干预治疗。
三、在疾病晚期、或对高龄患者进行以抗体为主的被动免疫治疗，往往存在有益和有害作用潜在双重结果，这有可能是脑膜淋巴管功能受损的原因。
四、对于未来研究而言，可以利用特定的基因单核苷酸多态性来推断脑膜淋巴引流的完整性，来预测脑膜淋巴管功能障碍，进而尽早靶向治疗脑膜淋巴系统。
五、鉴定早期脑膜淋巴管功能障碍的标记基因，可对患者进行个性化免疫治疗，以改善脑淋巴引流，缓解AD进展，并且这些标记基因与小胶质细胞活化与血管病有一定程度的关联性。
参考文献（上下滑动查看）
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制版︱王思珍
本文完