《自然·衰老》：中国科学家找到能降低中国女性患阿尔茨海默病风险的基因突变！

yinfuhua

《自然·衰老》：中国科学家找到能降低中国女性患阿尔茨海默病风险的基因突变！' W0 T& o4 g4 f9 M3 E
来源：奇点糕 2022-08-12 09:17
0 K" a  Q; I. w7 w- v6 C( ?' F作为最常见的神经退行性疾病，阿尔茨海默氏病（AD）可以说是研究人员的“心腹大患”，实在是太难搞了！毕竟目前，我们连AD的病理生理机制都还没怎么搞清楚。
1 v! T, P( j' L) w  y( U作为最常见的神经退行性疾病，阿尔茨海默氏病（AD）可以说是研究人员的“心腹大患”，实在是太难搞了！毕竟目前，我们连AD的病理生理机制都还没怎么搞清楚。不过，AD相关的风险基因倒是已经发现不少了，其中有40多个都与小胶质细胞功能有关，最为出名的当属APOE-ε4，它也是已知的散发型AD最强的风险因素[1]。+ P! G/ x. A! K) Z5 x
要是携带APOE-ε4，那可真是让人瑟瑟发抖啊，但是，也是有其他基因在努力负重前行，保护我们的。( h: W) @! p; U
最近，《自然·衰老》杂志上的一项由香港科技大学研究团队开展的研究[2]就发现，白细胞介素（IL）-33受体ST2L（全长ST2）的分泌亚型，可溶性ST2（sST2）在循环中的水平增加与女性AD患者更严重的病理变化有关，而IL1RL1 rs1921622 A等位基因能够降低sST2水平，增加小胶质细胞激活，降低携带APOE-ε4女性的AD风险，减缓病理进展，而且这种关联在中国人群中比欧洲血统人群中更强！" @' L2 h( y" I1 c  [3 I: i- N- n4 b

/ p) Y! g; }; C一些可溶性细胞因子受体被发现可能与AD有关，sST2就是其中之一，它作为诱饵受体，能够抑制IL-33-ST2信号传导，而IL-33-ST2信号本是增强小胶质细胞的β淀粉样蛋白（Aβ）清除能力，减少Aβ积累的信号通路。研究表明，轻度认知障碍（MCI）及AD患者的血液中sST2水平确实升高了[3,4]。不过，sST2水平失调的机制以及它在AD病理中是否真的发挥作用还不清楚。' D2 d6 Y: q! O5 R* U" }5 W9 a3 v- t
为了搞清楚sST2的作用，研究人员在香港招募了AD患者和健康人对照各345例（中国人队列_1）。校正了年龄、性别、心血管疾病、BMI和教育水平后，线性回归分析显示，AD患者血浆sST2水平显著更高，与AD相关病理呈正相关关系，包括灰质体积减少、AD血浆生物标志物p-tau181水平增加，以及神经变性（神经丝轻链蛋白，NfL）。
" t% v& A  u6 a4 w2 A) [" B虽然女性的血浆sST2水平比男性低，但是对AD病理的影响更大，关联性更强，携带APOE-ε4的女性相比其他女性sST2水平增加最多。& H2 r( D/ A+ h* w3 I
进一步分析表明，患者的血浆和脑脊液sST2水平，以及脑脊液sST2水平与Aβ斑块负荷也均呈正相关关系，这种关联同样在女性中更强。
( K& A) ^" d1 e; k$ g" h7 ~研究人员给雌性5XFAD小鼠的脑室内注射了28天的sST2，小鼠皮质区域的Aβ斑块负荷显著增加（p＜0.05），尤其值得注意的是，它们的神经原纤维缠结和Aβ的致密斑块都显著增加了，而低毒性的Aβ松散斑块和总Aβ斑块负荷则没有显著变化。% D+ w8 |& z( }
Aβ斑块负荷的增加可能与小胶质细胞有关，研究人员发现，注射sST2虽然增加了小胶质细胞的总数、在Aβ斑块周围的聚集，以及皮质区域的增殖数量，但是小胶质细胞对Aβ的吞噬能力减弱了！Aβ小胶质细胞的百分比明显降低（sST2 vs. 对照组=23.57% vs. 32.79%，p＜0.01），对Aβ的吞噬减少了11.3-17.0%（p＜0.05）。
$ J6 P0 l1 ~9 p8 o为了了解sST2如何影响调节AD的，研究人员在3个独立队列中分析了血浆/脑脊液sST2水平与性别/年龄的关系，3个队列分别是中国人队列_1，以及来自另外2个来自日本和欧洲的队列。
6 J9 P) H" `. s9 M" Q( @: k. L分析结果显示，女性血浆sST2水平与年龄之间的关联更大，脑脊液sST2水平也与年龄和性别有关，但是年龄和性别分别仅占血浆和脑脊液sST2水平影响的6.92%和13.01%，看来可能还有影响力更大的其他因素。6 ^4 L; V' Q) j& J  C( O9 B$ W
因此，研究人员在中国人队列_1中利用全基因组测序鉴定了sST2的关键遗传调节因素，他们鉴定出了575个与血浆sST2水平显著相关的遗传变异，其中在IL1RL1中或者附近的79个组成的单倍体基因型（一个染色单体里面具有统计学关联的一类单核苷酸多态性）与sST2水平的关联最为密切，精细定位分析确定，rs1921622（G/A）变异是具有因果关联的变异（概率为99.9%）。
5 l2 a/ s/ H* C; M. D在中国人队列_1中，rs1921622 A等位基因与血浆sST2水平降低20%有关（具有等位基因剂量依赖性，p＜0.001），rs1921622 A等位基因携带者的脑脊液sST2水平显著低于非携带者（p＜0.05），而且，rs1921622占血浆和脑脊液sST2水平影响的18.04%和18.29%，影响力大于年龄和性别。$ w0 z) R0 V) h
研究人员发现，与非携带者相比，rs1921622 A等位基因携带者大脑内皮细胞sST2转录水平较低，表达sST2的内皮细胞也较少，通过染色质免疫沉淀和CRISPR-Cas9技术，他们进一步确认，rs1921622位于sST2基因的增强子位置，调节内皮细胞中sST2的表达。3 Y' P  z. \+ v# v: U7 ^
对来自5个来自中国和欧洲的AD患者公开数据库的分析显示，sST2水平升高与中国和欧洲血统女性APOE-ε4携带者的AD风险增加均有关，而rs1921622 A等位基因则发挥了保护作用（OR=0.757，meta分析p值=7.78×10-5），但这种保护作用在总人群、男性APOE-ε4携带者、男性非APOE-ε4携带者和女性非APOE-ε4携带者中不存在。6 v' ~7 q, @# M, F' ?5 m
值得注意的是，针对sST2的孟德尔随机化分析和rs1921622的meta分析均显示，女性APOE-ε4携带者的AD风险与sST2/ rs1921622之间的关联在中国人群中比欧洲血统人群更强（p分别为5.55×10-4和0.017）。& n  ^5 y% p  |4 O2 m& h
rs1921622 A等位基因对AD的保护作用表现在延迟发病年龄、更高的认知评分和更大的内嗅皮层体积方面。在对一个存在Aβ斑块的女性APOE-ε4携带者亚组7年的追踪中，rs1921622 A等位基因携带者表现出了更缓慢的灰质萎缩。
5 r- S! f% o' Q前面我们提到过，给小鼠注射sST2会增加大脑皮质区域的Aβ斑块负荷，同时小胶质细胞对Aβ的吞噬能力减弱，那么rs1921622 A等位基因的保护作用很有可能是通过调控小胶质细胞实现的。3 Y  j1 ^. M$ v; m1 H
研究人员在实验中发现，携带rs1921622 A等位基因和APOE-ε4的AD女性患者小胶质细胞和Aβ斑块之间的共定位增加，这表明，rs1921622 A等位基因通过增强小胶质细胞-Aβ相互作用，从而减少了Aβ病理病变。0 R$ @# X5 `9 Y0 U, g& i3 c
基于此，他们继续分析了小胶质细胞的活动性，在1639个与rs1921622有关的差异化表达的小胶质细胞基因中，表达增加的主要与白细胞迁移和先天免疫反应有关，表达减少的主要与蛋白质折叠和mRNA剪切有关。
& B0 p# R* e% y# t过去的研究发现过一些小胶质细胞激活基因，包括CD74、APOE和TREM2等，参与小胶质细胞的Aβ吞噬作用[5,6]，在这次的研究中，研究人员发现，rs1921622 A等位基因也与这些基因的表达增加有关，而且还与小胶质细胞处于稳定状态的基因表达减少有关。6 q0 {" o& H- Q5 [2 y
这些结果都表明，rs1921622 A等位基因通过促进携带rs1921622 A等位基因和APOE-ε4的AD女性患者的小胶质细胞向激活状态转化，从而起到了保护作用。
# ~* P9 O* J  F1 o6 [总的来看，这项研究揭示了一个新的AD机制，即由sST2介导的小胶质细胞功能障碍，导致Aβ斑块沉积增加，另外，还发现了一个重要的对携带APOE-ε4女性的AD发展具有保护作用的等位基因rs1921622 A，可以通过激活小胶质细胞，减少sST2水平，减弱APOE-ε4相关遗传风险和病理变化，而且它的保护作用在中国人群中明显更强。. Z8 R6 t* F( p' A( D* Y
因此，更加深入地了解sST2如何受到遗传因素的调节，或许是未来AD干预策略和临床试验的新方向。  T+ B  |0 s! E% T5 E+ X# T
参考文献：
8 |/ m4 `# ^2 F) A" G[1] Lambert J C, Ibrahim-Verbaas C A, Harold D, et al. Meta-analysis of 74,046 individuals identifies 11 new susceptibility loci for Alzheimer's disease[J]. Nature genetics, 2013, 45(12): 1452-1458./ u7 p+ y9 `9 J
[2] Jiang Y, Zhou X, Wong H Y, et al. An IL1RL1 genetic variant lowers soluble ST2 levels and the risk effects of APOE-ε4 in female patients with Alzheimer’s disease[J]. Nature Aging, 2022: 1-19.
' B7 A- s8 ?9 @- }& a2 a[3] Fu A K Y, Hung K W, Yuen M Y F, et al. IL-33 ameliorates Alzheimer’s disease-like pathology and cognitive decline[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016, 113(19): E2705-E2713.
& q, k+ ^) ]3 D4 l[4] Saresella M, Marventano I, Piancone F, et al. IL-33 and its decoy sST2 in patients with Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment[J]. Journal of neuroinflammation, 2020, 17(1): 1-10.  z1 P( T% b% v* p. B) R, B
[5] Keren-Shaul H, Spinrad A, Weiner A, et al. A unique microglia type associated with restricting development of Alzheimer’s disease[J]. Cell, 2017, 169(7): 1276-1290. e17.7 s1 w6 X- Y1 Y" m% C: P6 B! _
[6] Thrupp N, Frigerio C S, Wolfs L, et al. Single-nucleus RNA-seq is not suitable for detection of microglial activation genes in humans[J]. Cell reports, 2020, 32(13): 108189.  @  g6 p- f5 L/ S
- j  Z0 V& l$ h: c1 {