隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，我們的神經(jīng)元會(huì )不斷產(chǎn)生突變。根據4月20日波士頓兒童醫院的Christopher Walsh、Eunjung Alice Lee和Michael Lodato教授領(lǐng)導的研究團隊在《Nature》雜志上發(fā)表的文章表明，與對照組相比，AD患者死后的興奮性神經(jīng)元攜帶更多的單核苷酸變異（sSNVs）。它們主要分為三種類(lèi)型：被氧化的堿基、聚集在基因內的突變以及預計會(huì )削弱蛋白質(zhì)的編碼變體。研究人員認為，淀粉樣蛋白會(huì )引發(fā)大量氧化應激，DNA發(fā)生變化，修復酶不堪重負，從而導致體細胞突變。
 

多倫多大學(xué)的 Ekaterina Rogaeva教授稱(chēng)：這項研究揭示了AD 神經(jīng)元中sSNVs積累的模式與正常的基因組老化不同，但沒(méi)有觀(guān)察到與AD相關(guān)的體細胞致病突變。

賓夕法尼亞州匹茲堡大學(xué)醫學(xué)中心的Karl Herrup教授稱(chēng)：這項研究中，研究人員觀(guān)察了整個(gè)人類(lèi)生命周期的基因組以及分析了它們在阿爾茨海默病中加速喪失的機制。巴爾的摩約翰霍普金斯大學(xué)的 Mark Mattson教授表示，這項研究表明，隨著(zhù)年齡增長(cháng)，由自由基損傷引起的突變逐漸積累，導致基因功能障礙，從而導致疾病產(chǎn)生并發(fā)展。

此前，Walsh教授和其他研究人員已經(jīng)觀(guān)察到在正常衰老和神經(jīng)退行性變期間，體細胞突變會(huì )在神經(jīng)元中積累。

在散發(fā)性AD中，家族性AD和tauopathy基因的體細胞變化，例如PSEN1和2，以及 MAPT。那么除了已知的AD基因之外，整個(gè)基因組的體細胞突變是否會(huì )導致這種疾病呢？

針對這個(gè)問(wèn)題， Michael Miller和 August Yue Huang教授對 9名57至91歲患有AD的成年人和20名5個(gè)月至104歲的對照者的神經(jīng)元基因組進(jìn)行了測序。大約一半的供體是女性；大多數是白種人。所有 AD 病例均為 Braak V 或 VI 期。
 

研究人員從前額葉皮層和海馬組織中分離出 NeuN 陽(yáng)性神經(jīng)元，然后使用熒光激活核分選法選擇最 大的核進(jìn)行基因組測序，這些錐體興奮性神經(jīng)元在A(yíng)D中易受tau纏結的影響。研究人員測量了來(lái)自AD病例的120個(gè)神經(jīng)元和對照組的199個(gè)神經(jīng)元中體細胞sSNVs的程度和類(lèi)型。

研究發(fā)現，AD神經(jīng)元在整個(gè)基因組中積累的損傷比年齡匹配對照組的神經(jīng)元更多。正常衰老的情況下，每年每個(gè)神經(jīng)元增加約20個(gè)sSNVs，而AD引發(fā)的突變比預期的要多，相當于十多年的DNA過(guò)度損傷。
 

平均而言，海馬神經(jīng)元比皮質(zhì)神經(jīng)元攜帶更多變異，但皮質(zhì)神經(jīng)元產(chǎn)生高度突變機率更高。作者指出，由于海馬中的淀粉樣蛋白斑塊和 tau 纏結先于前額葉皮層損傷，嚴重突變的海馬神經(jīng)元已經(jīng)死亡，使得該區域在尸檢時(shí)較少受到DNA損傷的影響。

另外， sSNVs類(lèi)型在健康對照組和AD患者之間并不相同。健康的神經(jīng)元傾向于將胞嘧啶換成胸腺嘧啶，而AD神經(jīng)元則更傾向將胞嘧啶換成腺苷和8-氧代鳥(niǎo)嘌呤。 后者是由氧化損傷產(chǎn)生的，這種損傷在A(yíng)D中很常見(jiàn)。未修復的8-oxoG可能會(huì )變成C>A突變，因為DNA聚合酶可能會(huì )將受損的G誤讀為T(mén)，然后在互補鏈上摻入匹配的A。 研究人員發(fā)現轉錄中的C>A突變比未轉錄的 DNA鏈中更多，這表明轉錄偶聯(lián)的核苷酸切除修復相應會(huì )減弱。與此一致，AD神經(jīng)元也有更多的T>A變體，這也是錯誤切除修復的產(chǎn)物。 總而言之，AD突變的特征與年齡匹配的對照不同。

年齡越高，AD情況越嚴重。在正常衰老過(guò)程中(藍色)，前額葉皮層(圓形)和海馬體(三角形)的神經(jīng)元中會(huì )出現體細胞sSNVs，在A(yíng)D(紅色)中更是如此。少數患者的海馬神經(jīng)元具有最 高的突變負荷。[Courtesy of Miller et al., Nature, 2022.]

這些突變的轉錄本會(huì )產(chǎn)生有害的蛋白質(zhì)嗎？與對照組相比，AD 神經(jīng)元具有更多改變氨基酸的突變。作者認為，這些可能會(huì )產(chǎn)生功能失調的蛋白質(zhì)或新抗原，可能會(huì )激活細胞來(lái)巡視大腦。研究人員預測，AD的突變負荷越高，有害突變就越有可能在同一基因的兩個(gè)等位基因上產(chǎn)生，從而有效地敲除相應的蛋白質(zhì)。

在攜帶突變的基因中是否存在已知的AD風(fēng)險基因呢？截至目前，在A(yíng)PP、PSEN1、PSEN2或APOE中并未出現致病突變。這與之前在散發(fā)性AD的體細胞中發(fā)現的PSEN1、PS2和MAPT突變相矛盾。 在另一項研究中，由紐約州立大學(xué)北部醫科大學(xué)的 Chunyu Liu 教授領(lǐng)導的研究團隊在分析全基因組、全外顯子組和 RNA-Seq數據時(shí)，在 APP、PSEN1、PSEN2 或 APOE 的編碼區內也沒(méi)有發(fā)現 sSNVs。Liu和Shishi Min教授表示，鑒于所有研究?jì)H對極少數AD患者進(jìn)行了測序，這些數據的普遍性受到一定的限制，突變特征可能只是發(fā)生在少數人身上的偶然現象，因此不要過(guò)度解讀這些數據。

體細胞突變是AD病理機制的原因還是結果呢？ Walsh教授及其同事認為是后者。他們提出，在疾病發(fā)展過(guò)程中，體細胞產(chǎn)生的活性氧可能會(huì )加速氧化核苷酸，修復酶不堪重負，從而加速突變（見(jiàn)下圖）。 這也可能發(fā)生在其他神經(jīng)退行性疾病中。

神經(jīng)元外的 Aβ 低聚物刺激神經(jīng)元內部的 tau 纏結和活性氧。 持續攻擊DNA并破壞修復機制，例如核苷酸切除修復。單核苷酸變異作為體細胞突變持續存在，導致神經(jīng)元死亡。 [Courtesy of Miller et al., Nature, 2022.]

Mattson教授認為，淀粉樣蛋白聚集在神經(jīng)元的膜上會(huì )導致脂質(zhì)過(guò)氧化和氧化應激，sSNVs可能是自由基和神經(jīng)變性之間的中間產(chǎn)物。Herrup教授認為這種關(guān)系可能是雙向的，并指出更高的突變率可能在癥狀出現之前幾十年就開(kāi)始了，sSNVs 及其下游后果很可能引起導致tau蛋白和淀粉樣蛋白沉積的情況發(fā)生。

這些體細胞突變是否在A(yíng)D神經(jīng)元的死亡中起關(guān)鍵作用？丹佛科羅拉多大學(xué)阿爾茨海默氏癥和認知中心的Huntington Potte教授表示，每個(gè)神經(jīng)元的sSNVs數量非常少，關(guān)鍵基因被敲除的潛在神經(jīng)元數量也非常少，因此這些缺陷本身不太可能導致AD中觀(guān)察到的大范圍神經(jīng)元損失。Mattson 教授比較了易受AD影響的和不易受 AD 影響的神經(jīng)元之間的sSNVs比率并表示，如果這些體細胞突變在神經(jīng)元功能障礙和退化中起作用，那么它們不應該在來(lái)自彈性大腦區域的神經(jīng)元中普遍存在。

更廣泛地說(shuō)，體細胞突變并不局限于興奮性神經(jīng)元。由麻省理工學(xué)院的Manolis Kellis教授領(lǐng)導的研究團隊發(fā)現，來(lái)自AD腦組織的膠質(zhì)細胞也充滿(mǎn)了受損的DNA。 另一項新的研究中，Maria Kousi和Carles Boix教授比較了來(lái)自19名AD患者和17名對照組的前額葉皮層的 4,014個(gè)細胞的全基因組和RNA測序數據。AD細胞比對照組具有更多的體細胞突變，其中興奮性神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞和與疾病相關(guān)的衰老細胞最 多。在這個(gè)實(shí)驗中，受損基因與疾病相關(guān)，包括神經(jīng)元能量調節、內吞運輸、脂質(zhì)代謝和蛋白質(zhì)穩態(tài)。

總體而言，體細胞突變和神經(jīng)退行性疾病之間有著(zhù)一定的聯(lián)系，但還需要更多的研究去驗證，以發(fā)現治療神經(jīng)退行性疾病更多的可能性。
 

寧波易賽騰生物科技有限公司   李福云編譯

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Somatic Mutations Accrue in Alzheimer's Neurons | ALZFORUM

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