在颗粒蛋白前体缺乏的模型中，TREM2的缺失可缓解小胶质细胞的过度激活，但不能缓解溶酶体缺陷和神经毒性

2021-05-27 16:48

Anika Reifschneider et al., The EMBO Journal, 2022

总结

神经退行性疾病目前尚无法治愈，迫切需要新颖的治疗策略。除了疾病特征性蛋白沉积外，几乎所有神经退行性疾病都观察到小胶质细胞增生。小胶质细胞增生可能是有害的。然而，最近的研究发现强烈表明，小胶质细胞对脑病理的某些反应也可能具有神经保护作用。这是基于鉴定出主要或仅在脑内小胶质细胞中表达的基因变异，这些变异会增加晚发型阿尔茨海默病（LOAD）和其他神经退行性疾病的风险。在对髓样细胞表达触发受体2（TREM2）基因内发现的编码变异进行功能研究时，保护性小胶质细胞功能变得尤为明显，这些变异可增加LOAD和其他神经退行性疾病（包括额颞叶痴呆样综合征）的风险。这些TREM2变异会减少脂质配体结合、脂质和能量代谢、趋化性、存活/增殖、细胞碎片的吞噬作用，以及可能的其他重要小胶质细胞功能。此外，TREM2功能的丧失会使小胶质细胞处于一种功能失调的稳态状态，在这种状态下，它们无法通过诱导疾病相关的mRNA特征来应对病理挑战。

疾病相关小胶质细胞（DAM）通过聚集在淀粉样蛋白斑周围对淀粉样蛋白病理作出反应，它们通过屏障功能包裹蛋白质沉积物，从而发挥保护作用，促进淀粉样蛋白斑的压实并减少淀粉样蛋白斑的从头形成。因此，TREM2被认为是治疗性调节小胶质细胞功能的核心靶点。最近开发出多种激动性抗TREM2抗体，这些抗体通过阻断TREM2脱落和/或交联TREM2受体来刺激Syk磷酸化下游信号传导，从而提高细胞表面具有信号传导能力的TREM2水平。在临床前研究中，这些抗体增强了小胶质细胞的保护功能，表现为淀粉样β肽和髓鞘清除增强、淀粉样蛋白斑负荷减少、淀粉样变性模型中记忆改善，以及在多发性硬化等脱髓鞘疾病模型中支持轴突再生和髓鞘再生。

尽管在阿尔茨海默病（AD）患者中，TREM2的增加可能具有保护作用，但在其他神经退行性疾病中，小胶质细胞可能会过度活化并出现功能障碍。因此，在这些情况下，拮抗性TREM2抗体可能通过抑制小胶质细胞的过度活化而显示出治疗益处。一个关于小胶质细胞过度活化的神经退行性疾病的典型例子是颗粒蛋白前体（PGRN）缺乏引起的、伴有TDP-43（反式反应DNA结合蛋白43kDa）沉积的颗粒蛋白相关额颞叶变性（GRN-FTLD）。在GRN-FTLD相关的单倍体不足模型中，小胶质细胞的过度活化是显而易见的，这表现为疾病相关mRNA标志物的增加，以及小鼠模型中18kDa转运蛋白正电子发射断层扫描（(TSPO)-PET）信号的显著增强。这与Trem2敲除（KO）小胶质细胞（其处于稳态）的表型相反。在GRN-FTLD患者的大脑中也观察到小胶质细胞的过度活化。PGRN是一种分泌蛋白，也会被转运到溶酶体中，在那里它似乎控制着水解酶（如组织蛋白酶和葡萄糖脑苷脂酶（GCase））的活性。PGRN的完全缺失会导致溶酶体贮积病。溶酶体功能障碍和小胶质细胞过度活化对疾病病理，特别是对神经元中TDP-43沉积的潜在协同作用可能存在，但目前尚不清楚。

为了确定Grn基因敲除（KO）小鼠中小胶质细胞的过度激活及其病理后果是否依赖于异常的TREM2信号传导，作者试图通过将它们与Trem2基因敲除小鼠杂交来降低小胶质细胞的激活状态。这降低了DAM基因的表达，表明可以利用TREM2信号传导的负性调节来降低神经炎症性疾病中的小胶质细胞激活。与作者实验室早期开发的激动性4D9 TREM2抗体类似，他们因此生成了具有相反（即拮抗）特性的单克隆抗体。

nanoScan PET/MRI 3T设备的检测结果

0.24×0.24×0.80 mm³，重复时间677 ms，回波时间28.56 ms，翻转角90°）。在注射后30-60分钟（[¹⁸F]-FDG）或60-90分钟（[¹⁸F]-GE-180）记录PET发射。使用3D迭代算法（Tera-Tomo 3D）在400-600 keV能量窗内重建PET列表模式数据，参数如下：矩阵大小为55×62×187 mm³，体素大小为0.3×0.3×0.3 mm³，迭代次数为8次，子集数为6。进行了衰变校正、随机校正和衰减校正。使用T1图像创建体-空气材料图以进行衰减校正。作者研究了Grn KO小鼠（n=8）、Trem2 KO小鼠（n=10或n=9）、Double KO小鼠（n=10）和WT小鼠（n=15）的PET图像，均为雌性，平均年龄为10.9±1.6个月或11.1±1.6个月，如图例所示。对于[¹⁸F]-GE-180 TSPO-PET，采用先前验证的心肌校正方法进行注射活性的归一化；对于[¹⁸F]-FDG-PET，采用标准化摄取值（SUV）归一化。通过计算每个脑体素中的差异百分比，将Grn KO、Trem2 KO和Double KO小鼠组与WT小鼠进行比较。最后，提取了来自全脑VOI的[¹⁸F]-TSPO-PET和[¹⁸F]-FDG-PET值，并通过包括Tukey事后校正的单因素方差分析（ANOVA）对不同基因型组之间的值进行了比较。

图1.展示了TSPO PET成像，该成像表明双基因敲除小鼠的小胶质细胞过度激活得到了缓解。图1A：如下所示的轴向切片（A1、A2和A3）显示了Grn−/−、Trem2−/−或双基因敲除小鼠与野生型（WT）小鼠在组水平上的TSPO-PET差异百分比。根据MRI模板调整后的图像显示，与年龄匹配的野生型小鼠相比，Grn−/−小鼠脑部的小胶质细胞活性增加（热色标尺），双基因敲除小鼠脑部的小胶质细胞活性得到补偿，而Trem2−/−小鼠脑部的小胶质细胞活性降低（冷色标尺）。图1B：散点图展示了来源于全脑感兴趣区域的个体小鼠TSPO-PET值。每组共有8-15只雌性小鼠，平均年龄为11.1±1.6个月（Grn−/−（n=8）、Trem2−/−（n=9）、双基因敲除（n=10）和野生型（n=15））。数据表示平均值±标准差。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验。统计显著性设为*P<0.05；**P<0.01；ns，无显著性。

图9. Grn−/−小鼠的小胶质细胞过度活化并无害处。图9E：对同一批进行TSPO-PET扫描的小鼠额外进行FDG-PET扫描。所示轴向切片显示了与野生型（WT）相比，在组水平上Grn−/−、Trem2−/−和Double−/−（均为冷色标尺）之间FDG-PET的差异百分比。图像已调整为MRI模板。图9F：条形图显示了从全脑感兴趣区域得出的个体FDG-PET值。数据表示平均值±标准差。每组共使用8-15只雌性小鼠，平均年龄为10.7±1.5个月（Grn−/− n=8，Trem2−/− n=10，Double−/− n=10，WT n=15）。