小膠質(zhì)細胞在神經(jīng)退行性疾病致病機制中發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用，以至于它們轉錄組微弱的變化就可能增加罹患癡呆風(fēng)險。為了了解遺傳變異是如何改變小膠質(zhì)細胞中的基因表達，以及這些變化如何影響患病風(fēng)險，紐約西奈山伊坎醫學(xué)院的Lot de Witte和 Towfique Raj教授領(lǐng)導的研究團隊創(chuàng )建了同類(lèi)研究中最 大的小膠質(zhì)細胞基因組圖譜（MiGA）。MiGA 于2022年1月6日在《Nature Genetics》上發(fā)表，該圖譜樣本取自尸檢時(shí)100名腦供體的不同腦區，反映了小膠質(zhì)細胞的基因表達情況。
波士頓兒童醫院的Beth Stevens教授及其同事稱(chēng)這項工作十分有意義。MiGA 論文清楚地表明，高質(zhì)量的數據集（尤其是與其他新數據集相結合）可以更好地解釋小膠質(zhì)細胞中的GWAS（Genome Wide Association Studies）基因座，從而更準確地識別風(fēng)險基因和衡量小膠質(zhì)細胞對疾病的特異性致病風(fēng)險。其次，該圖譜確定了小膠質(zhì)細胞如何隨年齡和疾病變化而變化，從而選定可能的風(fēng)險基因。最重要的是，這項研究將USP6NL和P2RY12分別確定為阿爾茨海默病和帕金森病的基因罪魁禍首。這些發(fā)現支持一個(gè)觀(guān)點(diǎn)，即神經(jīng)退行性疾病隨著(zhù)小膠質(zhì)細胞基因表達情況的變化而發(fā)展。
Alzforum 報道了去年夏天在阿爾茨海默協(xié)會(huì )國際會(huì )議（AAIC）和生物預印本（bioRxiv）上展示的大部分研究結果 (Aug 2021 conference news; de Paiva Lopes et al., 2020)。研究結果進(jìn)一步確認了遺傳變異與AD風(fēng)險基因剪接變化的關(guān)聯(lián)。
了解風(fēng)險變異如何影響小膠質(zhì)細胞中基因的表達十分具有挑戰性。這項研究需要足夠多供體的小膠質(zhì)細胞樣本來(lái)進(jìn)行，而這些樣本的供應十分有限。最初，研究人員采用來(lái)自髓系細胞的轉錄組數據或者使用從極少數人身上提取的小膠質(zhì)細胞來(lái)進(jìn)行研究(Aug 2019 news; Jun 2017 news; Nov 2019 news)?，F在，研究人員正在增加樣本數量，之前的一項研究分析了來(lái)自 141 名接受神經(jīng)外科手術(shù)的供體112份組織樣本的小膠質(zhì)細胞轉錄組數據(Young et al., 2021)。
來(lái)自四個(gè)大腦區域的尸檢組織用于分析小膠質(zhì)細胞的大量轉錄組。 通過(guò) QTL 和其他分析，MiGA 闡明了遺傳變異如何影響小膠質(zhì)細胞中的基因表達，以及這與疾病風(fēng)險之間的關(guān)系。[Courtesy of Katia de Paiva Lopes et al., Nature Genetics, 2022.]
MiGA 進(jìn)一步加大了樣本數量， Katia de Paiva Lopes、Gijsje Snijders 和Jack Humphrey教授及其同事調查了來(lái)自100名供體中255個(gè)組織樣本的小膠質(zhì)細胞轉錄組，這些供體的范圍包括從沒(méi)有神經(jīng)系統疾病跡象的正常人到患有AD、PD和其他腦部疾病的患者。小膠質(zhì)細胞來(lái)自四個(gè)區域：皮質(zhì)中的額內側回、顳上回、丘腦和腦室下區。如前所述，研究人員檢測到近 1700 個(gè)基因隨著(zhù)年齡的增長(cháng)而改變表達，包括那些參與脂質(zhì)代謝和免疫反應的基因，一少部分基因在大腦的不同區域存在表達差異，但該研究未檢測到在兩性之間存在明顯表達差異的基因。
麻省理工學(xué)院的 Matheus Victor和 Li-Huei Tsai教授指出：“他們的數據說(shuō)明了受衰老影響最 大的基因通路（genetic pathway）影響了脂質(zhì)自穩?！?/span>
隨后，研究人員分析了數量性狀基因座(QTL)，包括那些改變附近基因表達(eQTL)或剪接(sQTL) 的基因座，作者分別稱(chēng)之為eGenes 和sGenes。利用現有統計技術(shù)，整合了對四個(gè)大腦區域的樣本數據分析結果?？茖W(xué)家們發(fā)現了3,611個(gè)eGene和4,61個(gè)sGene?？茖W(xué)家們將這批 QTL 與針對各種疾病的GWAS進(jìn)行比對，確定了兩者重疊的位置，發(fā)現了15個(gè)MiGA QTL。這些 QTL影響了與10個(gè)AD風(fēng)險基因的表達和剪接。
通過(guò)對比QTL的遺傳位置與 GWAS 多態(tài)性的關(guān)系，并加以運用其它基因組研究方法，研究人員確定遺傳變異與附近基因表達/作用之間存在因果聯(lián)系。例如，他們確定在A(yíng)D的ECHDC3的風(fēng)險基因位點(diǎn)， USP6NL才是風(fēng)險驅動(dòng)基因，而非ECHDC3。USP6NL參與控制內吞作用的GTP酶激活蛋白的合成；與單核細胞相比，它在小膠質(zhì)細胞中高度表達。同樣，他們認為在MED12L風(fēng)險基因位點(diǎn)，P2RY12基因才是引發(fā)PD風(fēng)險的罪魁禍首。P2YR12 是一種P2Y代謝型G蛋白偶聯(lián)嘌呤能受體，與其他腦細胞和髓樣細胞類(lèi)型相比，它在小膠質(zhì)細胞中高度表達。P2RY12在遷移中起作用，而當小膠質(zhì)細胞被激活時(shí)P2RY12的表達水平急劇下降。
此外，MiGA 揭示了一個(gè)與CD33基因中外顯子2含量減少相關(guān)的 sQTL。該sQTL與CD33多態(tài)基因中導致AD 的風(fēng)險基因共同遺傳，在之前的研究中，后者被證明與單核細胞中的相同剪接偏差有關(guān)(Apr 2011 news)。最后，在與 AD 相關(guān)的多基因位點(diǎn)MS4A中出現了一批sQTL。特別是一個(gè)sQTL與MS4A6A基因中內含子的使用頻率增加有關(guān)，該基因包含一個(gè)過(guò)早表達的多聚腺苷酸化位點(diǎn)，從而導致轉錄障礙。這些發(fā)現共同揭示了MS4A位點(diǎn)AD遺傳風(fēng)險的潛在機制。
寧波易賽騰生物科技有限公司 李福云編譯
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Mighty MiGA: Microglial Genomic Atlas Zeros in on Causal AD Risk Variants | ALZFORUM
