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阿尔茨海默病（AD）中星形胶质细胞作用存在争议。研究人员整合 AD 患者单细胞核转录组和表观基因组数据，深入剖析星形胶质细胞亚型。发现不同亚型功能各异，且 AD 会引发其表观遗传改变。这为理解 AD 发病机制提供新思路，助力开发新疗法。
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种常见的神经退行性疾病，它就像大脑中的 “橡皮擦”，无情地抹去患者的记忆和认知能力，给无数家庭带来沉重负担。目前，AD 的发病机制尚未完全明确，传统观点认为它主要是神经元的问题，但越来越多的研究表明，神经胶质细胞在 AD 的发生发展中也起着关键作用，其中星形胶质细胞（astrocytes）的行为尤为复杂。在 AD 的病理过程中，星形胶质细胞既表现出神经保护作用，比如参与清除淀粉样 β 蛋白（amyloid-β，Aβ） ；又存在神经毒性，可能促进 Aβ 产生和神经炎症。这种矛盾的行为暗示着星形胶质细胞或许存在不同亚型，各自发挥独特功能，然而此前对其亚型的研究并不深入。为了深入了解 AD 的发病机制，来自土耳其 Gebze Technical University 的研究人员 At?lay ?lgün 和 Tunahan ?ak?r 开展了一项研究，相关成果发表在《Molecular Neurobiology》杂志上。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，从公共数据库下载两个独立的单细胞核 RNA 测序（single-nuclei RNA-seq，snRNA-seq）数据集和一个单细胞核 ATAC 测序（single-nuclei ATAC-seq，snATAC-seq）数据集，样本均来自 AD 患者和健康对照者的死后人类大脑前额叶皮质组织。然后，利用 Seurat 和 Signac 等工具对数据进行处理、整合与分析，通过多种算法进行细胞亚型鉴定、差异基因表达分析、功能富集分析等，从而全面解析星形胶质细胞亚型在 AD 中的特征和作用。
下面来详细看看研究结果：
- 星形胶质细胞亚型的转录组差异：整合两个数据集后得到 42,020 个星形胶质细胞，鉴定出 9 个转录组不同的亚型。各亚型在基因表达上存在差异，如 GRK3 在 cluster - 0 亚型中独特富集，SLC38A1 在 cluster - 1 亚型中独特富集等。并且不同亚型中 AD 星形胶质细胞占比均超 60%，部分亚型主要由 Sadick 数据集的细胞构成。
- 更灵敏捕获 AD 相关基因：通过将差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）映射到人类蛋白质 - 蛋白质相互作用（protein–protein interaction，PPI）网络，发现这种基于单细胞核数据集整合和网络映射的方法，比传统方法能更灵敏地捕获 AD 相关基因。例如，亚型特异性分析共鉴定出 107 个 AD 相关基因，其中 94 个在亚型特异性子网中，而不考虑亚型的分析仅鉴定出 51 个 AD 相关基因。
- 亚型特异性的生物学过程改变：对子网基因进行基因本体（Gene Ontology，GO）分析，发现不同亚型在 AD 中的生物学过程和分子功能存在差异。如凋亡相关的 GO 术语在各亚型 AD 星形胶质细胞中上调，但在整体 AD 星形胶质细胞表型中未被识别；认知相关术语在 cluster - 3 和 cluster - 6 的 AD 星形胶质细胞中下调等。
- 发现 A1 神经毒性反应性星形胶质细胞：在 cluster - 3 中发现了人类 A1 神经毒性反应性星形胶质细胞，其标志物 C3 在该亚型中独特富集且在 AD 星形胶质细胞中显著上调。进一步研究发现，该亚型中一些基因的变化可能通过 MAPK10、MAPT 等基因增强 Aβ 和神经原纤维缠结（neurofibrillary tangle，NFT）的积累。
- AD 导致星形胶质细胞亚型的表观遗传改变：分析 snATAC-seq 数据发现，AD 会引起星形胶质细胞亚型启动子区域染色质可及性的改变，共鉴定出 21 个 AD 相关启动子区域可及性增加，11 个减少，且各亚型有独特的差异可及区域。
- 多组学分析揭示的基因变化：综合分析发现 29 个基因在启动子可及性和基因表达上均发生改变，如 GARNL3、SLC1A2 等。这些基因与 AD 相关基因在 PPI 网络中紧密相连，且其表达和染色质可及性的变化可能受转录因子（transcription factors，TFs）调控。
- PTN 基因的调控：在 cluster - 1 中，PTN 基因表达下调，但启动子可及性增加，推测其可能受 ATF3 转录因子调控。这种调控关系与 AD 病理密切相关，但具体作用还需进一步研究。
研究结论和讨论部分指出，该研究通过重新分析现有数据集，深入刻画了 AD 中星形胶质细胞亚型的转录组和表观遗传反应。发现了多种与 AD 相关的基因、分子通路和潜在的治疗靶点，为理解 AD 发病机制提供了新视角。例如，确定了一些在特定亚型中独特表达的基因，这些基因参与了胆固醇代谢、免疫反应、氧化应激等过程，与 AD 的发生发展紧密相关。此外，研究还详细描述了 A1 反应性星形胶质细胞在 AD 中的作用，为进一步研究其在疾病进程中的角色提供了依据。不过，研究也存在一定局限性，如受限于数据集整合方法和工具，无法将所有 RNA-seq 亚型映射到 ATAC-seq 空间。但随着技术的发展，这些问题有望得到解决，从而更深入地揭示星形胶质细胞亚型在 AD 中的分子机制，为开发更有效的 AD 治疗策略奠定基础。
