小胶质细胞外泌体治疗阿兹海默（小胶质细胞与阿尔兹海默症）

本文目录一览：

• 1、【文献解读】cell-空间转录组和原位测序研究阿尔茨海默病
• 2、星形细胞的白细胞介素-3对小胶质细胞进行编程，你怎么认为呢？
• 3、哪种神经胶质细胞是一种位于中枢神经系统中的特殊巨噬细胞？
• 4、为什么激活神经回路的伽玛振荡可能是治疗老年痴呆症的一个方法呢？
• 5、阿尔茨海默病（老年痴呆）与肠道菌群有关系吗？
• 6、小胶质细胞的介绍

【文献解读】cell-空间转录组和原位测序研究阿尔茨海默病

虽然在阿尔茨海默病(AD)的淀粉样斑块周围观察到复杂的炎性样改变，但对表征这种反应的分子变化和细胞相互作用知之甚少。我们在此研究，在AD小鼠模型中，利用空间转录组学研究淀粉样斑块周围100毫米直径的组织中发生的转录改变。我们发现早期的基因共表达网络中富含髓磷脂和少突胶质细胞基因(OLIGs)，而斑块诱导的基因(猪)的多细胞基因共表达网络中，包括补体系统、氧化应激、溶酶体和炎症，在疾病的晚期表现突出。我们通过对小鼠和人脑切片的原位测序，在细胞水平上证实了大部分观察到的改变。全基因组空间转录组分析提供了一个前所未有的方法，以解开在AD和其他脑疾病的致病特征附近的失调的细胞网络。

(A)在3、6、12和18个月大时收集AppNL-G-F和WT大脑的10毫米冠状切片。中间切片行ST，相邻两个切片行免疫染色。(B)每个脑区TDs的总数。(C和D) 10327个转录组谱的t-SNE图。TDs按脑区(C)、基因型和年龄(D)染色，TH、丘脑;忧郁,hy - pothalamus;FB,纤维束;海马的树突状层;海马体层;CNU脑核;CTXsp皮质底板;OLF嗅觉区;ENTI,内嗅区;TEP、时间联合区、外嗅区和嗅周区;澳元,听觉区;SSp，主要躯体感觉区;后顶叶联合区;负责,retrosplenial区域。

免疫染色的抗体(6E10，白色)、星形胶质细胞(GFAP，绿色)、神经元(NeuN，红色)和细胞核(DAPI，蓝色)显示年龄(月)。标尺，500毫米。下图:皮质初级觉区TDs (yel- low圆，直径100mm)放大。(B) Ab负荷的量化。黄色的圆圈表示相关的TDs。像素强度的标准差与内依赖专家分析具有最好的相关性，并被用作TD的Ab指数。(C)绘制每个大脑区域的对数变换Ab指数在指定年龄的平均值。(D)散点图显示通过ST (y轴)或RNAscope (x轴)检测到的每个靶点Ab暴露的LFC函数，如图(E)所示(tar- gets:红色或绿色，箭头)，有5个同心环的斑块。皮尔逊相关= 0.92,p = 0.009。标尺，50毫米。

猪模块是在Ab暴露18个月时功能变化最大的WGCNA模块(见文本和图S3B)。(A) 57头基因型模型猪在指定年龄的低脂猪肝。每个点代表一头猪。(B) AppNL-G-F小鼠各区域猪Z得分平均值。(C)各TD中57头猪Z得分均值(y轴)与对数变换Ab指数均值(x轴)正相关。皮尔逊相关= 0.39,p 0。(D)维恩图，突出了猪与ARM/DAM小胶质细胞和A1星形胶质细胞的重叠。参见图S3D。前10个连接的枢纽基因用红色标出。(E和F) 3 (E)月龄和18 (F)月龄的散点图。y轴表示基因在TDs中表达的LFC，函数为log-transform Ab指数。x轴表示AppNL-G-F与WT小鼠基因表达的LFC。猪模块的个体基因(紫色)，人类ad相关小胶质细胞标记的小鼠原型(Mic1，橙色;(Mathys et al.， 2019)，表示两个数据集之间的重叠(绿色)。

18月龄AppNL-G-F小鼠的冠状切片(A)和海马体放大(B)中84个基因(猪和细胞类型标记基因)的分布情况，通过原位测序(ISS)证实。(C) (A)和(B)中显示的84个基因的颜色，包括红色的neuronal(即Syp、Neurod6和Grin3a)，黄色的小胶质细胞(即Itgam、Cx3cr1和Csf1r)，绿色的星形胶质细胞(即Slc1a3、Gfap和Serpina3n)，蓝色的少突胶质细胞转录本(即Plp1和Laptm5)。(D)从R1(环1，最近的区域)到R5(环5，最远的区域)的淀粉样斑块周围区域。淀粉样斑块(6E10)为白色，而核(DAPI)为蓝色。(E) 18月龄AppNL-G-F小鼠ST和ISS基因表达变化的散点图比较。y轴显示的是通过st检测到的根据log-transformed Ab index的每个靶点的LFC值。x轴显示的是通过ISS检测到的每个靶点在第1环(斑块)中的富集情况(log2 odds ratio [L2OR])。黑点显著，而灰色则不显著。(F)感兴趣的单个点(白色)到半径5毫米的细胞类型标记之间的距离分数示例。参见图S7。(G和H)所选标记(G)和猪(H)的细胞标记。从2个基因型的4个冠状切片中检测到的每个基因的总数和斑点总数;WT和AppNL-G-F小鼠中检测到的相对计数，以及AppNL-G-F小鼠斑块中检测到的puncta比例;淀粉样斑块的富集，L2OR基因斑点的二项试验，负值表明耗尽;细胞分配，每个基因在特定细胞类型中的富集

(A)月龄和18 (B)月龄时OLIG模块对Ab积累(A)和(B)散点图的时空响应。y轴表示基因在TDs中表达的LFC，作为对数转化Ab指数的函数。x轴表示AppNL-G-F与WT小鼠基因表达的LFC。OLIG模块的个体基因(红点)，人类ad相关少突胶质细胞标记的小鼠原体(Oli0，橙色点;(Mathys et al.， 2019)，表示两个数据集之间的重叠(绿点)。参见图S3B。(C) AppNL-G-F小鼠在3个月和18个月时，各区域、各年龄对数转化Ab指数对165个OLIG基因低脂层数的平均值(mesh, non-significant LFC, p 0.0001)。(D)根据Ab暴露在TDs亚群中的OLIG表达情况。y轴表示OLIG的表达(平均Z分位数归一化到全脑水平最低Ab分位数集合Q4的平均值)。* p lt;0.05, * * p lt;0.005 * * * p lt;0.0005, Mann-Whitney U检验与Q4比较，p值采用Benjamini- Hochberg程序校正。(E)定量(F). (F) RNAscope联合免疫荧光分析AppNL-G-F小鼠3月龄时淀粉样斑块(6E10，白色)附近的Mbp、Olig2、Plp1和Cnp。核是蓝色的(DAPI)。标尺，50毫米。

用ISS在人脑中显示的猪和OLIG模块(A) AD患者额上回细胞类型标记物的分布。刻度条，1000毫米和500毫米(放大)。基于所有细胞类型标记基因组合，对所有点状细胞进行一次细胞类型分配。标记:红色，神经元(如DLGAP1);蓝色，少突胶质(如MAL);黄色小胶质细胞(如CX3XR1);绿色，星形胶质(如ADGRV1)。参见图S6和S7以及表S6。(B和C) 45头被检测猪(紫色，B)和42个OLIGs(红色，C)的人类标准基因表达。鳞条，1000 mm。(D和E)猪(D)和OLIGs (E)的量化。总数，6个个体检测到的每个基因的斑点总数;相对计数、非痴呆对照组(NDCs)、AD患者和AD患者斑块中puncta的比例;在淀粉样斑块中富集，斑点基因LOR在斑块中富集;细胞分配，每个基因在特定细胞类型中的富集(benjamin - hochberg -corrected p 0.05)。球的大小与l2或成正比。

星形细胞的白细胞介素-3对小胶质细胞进行编程，你怎么认为呢？

我个人认为也是这样的，因为星型细胞和小胶质细胞都是属于神经周围细胞的一种。在我们人体中，大家都知道是有很多种细胞组成的，有上皮细胞、血液细胞以及一些神经细胞共同组成组织和系统，然后在人体发挥各自的作用。任何一种系统或者组织出现问题，那么人体就会产生相应的疾病。对于神经细胞大家可能不太了解。关于星形细胞的白介素—3对于小胶质细胞进行编程这个说法，大多数人可能也会认同这样，下面就说一说我的观点。

一、首先所以说一说小胶质细胞的作用。

一般来说，小胶质细胞具有多突触以及可塑性的一些特点。小胶质细胞是我们人体中枢神经系统的固有的免疫效应细胞。胶质细胞参与一系列神经退行性疾病的发生，小胶质细胞活化和神经炎症是神经病理学的主要特征之一，能够介导神经系统和损伤和疾病的内源性免疫反应。对于小胶质细胞的作用，通常认为小胶质细胞介导的慢性炎症反应对机体有害，可能造成神经方面的损伤。

二、然后再说一说星形胶质细胞的作用。

关于星型细胞的作用，主要就是进行多种调节作用，一方面是假粒子空间缓冲，星形胶质细胞对于细胞外面的假粒子具有缓冲作用，能够维持整个神经元周围的各种离子平衡。能够传递一些神经递质。神经递质是用来调节细胞或者神经细胞的一类物质。除此之外星形胶质细胞可能还参与了跨突触的信号传导过程。

三、最后综合他们的能力，对于神经的调节。

总体来说，星型胶质细胞就是用来调节神各种经细胞的一类细胞，对于小胶质细胞当然能够进行调节。而这些调节的物质可能就是白细胞介素3，因为有些人在研究这些细胞的时候，就发现了白介素。所以这个说法是可信的。

如果大家对于星型细胞的白介素3对小胶质细胞进行编程这个说法有其他观点，欢迎在下面评论区留言。

哪种神经胶质细胞是一种位于中枢神经系统中的特殊巨噬细胞？

小胶质细胞，是一种存在于脑与脊髓中的神经胶质细胞，约占脑细胞数量的10-15%。作为存在于中枢神经系统中的巨噬细胞类群，小胶质细胞是中枢神经系统中反应最快、也是最主要的免疫屏障。小胶质细胞在中枢神经系统的分布区域通常与其他神经胶质细胞（如星形胶质细胞）互不重叠。

小胶质细胞对维持中枢神经系统的正常功能十分重要：它们能清除中枢神经系统中的神经炎性斑、病原体，以及损伤或无功能的神经元与轴突。小胶质细胞能通过细胞表面存在的一种特殊钾离子通道感知到细胞外钾离子浓度的微小变化，进而使其得以对中枢神经系统的潜在微小病变及时做出反应，以防止这样的微小病变扩大为足以威胁机体生命的疾病。

生物学特性

尽管存在一些争议，但目前学界一般认为小胶质细胞发育起源于中胚层间充质系细胞，后迁入中枢神经系统，是一种适应了中枢神经系统中特殊微环境的巨噬细胞，表面分子大都与骨髓源性巨噬细胞相同。小胶质细胞的形态变化很大，能与中枢神经系统中的神经元与非神经元细胞发生细胞间的相互作用。此外，作为一种免疫细胞，小胶质细胞也能与T细胞发生相互作用进而诱导免疫反应。在脑部健康时，小胶质细胞起到调节突触功能的作用，也与成体神经发生相关。

成年后，居于脑实质中的实质小胶质细胞很少得到来自中枢神经系统以外的补充，但位于血管周围的血管旁小胶质细胞却是通过骨髓细胞的迁入得到补充的。

临床意义

小胶质细胞与阿尔兹海默症（老年痴呆）、帕金森氏症、艾滋痴呆综合征，以及视网膜变性等疾病有关。小胶质细胞功能异常会导致其分泌活性氧自由基等物质破坏周围神经细胞，造成神经退行性病变。由小胶质细胞分泌的炎性因子很可能是使帕金森氏病患者体内神经退行性病变恶化的因素之一。

小胶质细胞的类似机制也可能使阿尔兹海默症的神经退行性病变加重，但同时也有证据显示小胶质细胞能够抑制阿尔兹海默症的早期发生。在艾滋病患者中，中枢神经系统中的1型艾滋病病毒主要储存于小胶质细胞中。被艾滋病病毒感染后的小胶质细胞会发生活化，分泌具有细胞毒性的免疫调节因子、使神经系统功能紊乱，最后造成神经退行性病变。

为什么激活神经回路的伽玛振荡可能是治疗老年痴呆症的一个方法呢？

麻省理工学院的神经学家将老鼠暴露在光和声音的独特组合下，并证明脑电波刺激可以改善老鼠的认知和记忆障碍。研究小组说，他们在老鼠身上治疗的损伤与老年痴呆症患者的损伤相似。这种治疗是非侵入性的，通过诱发一种叫做伽玛振荡的脑电波而起作用。研究人员还发现，这种治疗大大减少了实验中小鼠大脑中发现的淀粉样斑块数量。这些斑块在大脑的大片区域被清除，包括在学习和记忆等认知功能的区域。在所有影响老年人的疾病中，最难处理的是老年痴呆症。这种情况会损害记忆，以至于一些患者记不起他们所爱的人。麻省理工学院的研究人员发现了一种新的潜在治疗方法，这种方法在测试中显示出了前景。

研究小组说，还需要进一步的研究来确定这种治疗是否对人类有效。迄今为止，已经对健康人进行了这种刺激的初步安全测试。早先对老年痴呆症的研究表明，那些患有这种疾病的人可能在伽马频率振荡中受到损伤。这些振荡被认为对注意力，感知和记忆等大脑功能很重要。在啮齿动物测试中，该团队发现治疗的好处在一周内消失。这表明治疗可能需要持续应用才有效果。

阿尔兹海默症最主要的特征有两种：第一种特征是细胞产生的细胞外异常沉积形成的老年斑（β-淀粉样蛋白堆积形成），另一种特征则是老年痴呆患者脑内神经元纤维会形成缠绕，从而影响大脑功能。但无论是第一种特征还是第二种特征，小胶质细胞都在其中发挥了举足轻重的作用。

小胶质细胞由血液中的单核细胞演化而来，是中枢神经系统内特殊的免疫细胞，也是神经炎症的主要调节因素之一，在生理学上对宿主防御和组织修复至关重要。小胶质细胞密度具有区域特异性，占据人大脑中所有细胞的5％～20％，占胶质细胞群体总数的约20％。

阿尔茨海默病（老年痴呆）与肠道菌群有关系吗？

（会直接以论文的形式进行分享）

原文标题“ Sodium oligomannate therapeutically remodels gut microbiota and suppresses gut bacterial amino acids-shaped neuroinflammation to inhibit Alzheimer’s disease progression ”

1.研究背景

现普遍认为阿尔茨海默病（AD，又称老年痴呆）是一种神经退行性脑部疾病，目前市场上治疗AD的药物只能改善症状，还没有药物能减缓或阻止AD造成的神经损伤。本文的研究者们发现，肠道菌群可能与阿尔茨海默病有关，由此开展了关于肠道菌群在AD的进程中变化以及AD新药GV-971在小鼠模型中的作用机制。

2.方法

2.1 研究不同月龄时5XFAD转基因（Tg）小鼠RNA水平，肠道菌群和细胞变化

2.2 使用抗生素清除肠道微生物群确定肠道微生物群与AD进展中的神经炎症的关系。

2.3 在行为学实验中，对Tg小鼠和WT小鼠以及GV-971治疗后的小鼠进行辨别学习测试

2.4 GV-971治疗后，小鼠肠道菌群和细胞变化

2.5 对小鼠的粪便代谢产物进行途径富集分析

2.6 比较轻度认知障碍AD患者和对应年龄段的健康人血液中苯丙氨酸、异亮氨酸和Th1免疫细胞等含量的差别

3.结果

3.1 AD进展与肠道菌群的改变和免疫细胞浸润有关

使用5XFAD转基因（Tg）小鼠模型评估肠道菌群改变在AD发病机理中的作用。Tg小鼠海马体中突触素的表达水平显著下降，表明突触退化（图1a），而Tg小鼠在9个月大时的行为测试显示辨别学习显著下降（图1b）。

16SrRNA测序比较了AD进展中不同阶段的Tg小鼠和WT小鼠的肠型。肠道类型分析显示，Tg小鼠聚集在鼠杆菌科的norank属中，WT小鼠聚集在乳酸杆菌属中（图1c）。在TG小鼠中AD进展过程中肠道微生物群的显著变化,在WT小鼠中几乎没有变化（图1d）。利用OTUs技术发现Tg小鼠在AD进程中肠道菌群发生了变化（图1e）。在AD小鼠大脑切片中对IBA1（小胶质细胞激活的标志）进行免疫染色，有明显的小胶质细胞激活阶段（图1f）。小胶质细胞激活可以分为两种类型：促炎性M1和神经保护性M2亚型。初期M1和M2小胶质细胞均增加，随后M1亚型持续增加并在7-9个月达到高峰，而M2型小胶质细胞从3个月下降至5个月并保持此后处于低水平（图1g）。分析AD进展过程中脑中浸润的外周免疫细胞，Tg小鼠的脑中CD45high细胞的频率显着高于WT小鼠，与IBA1染色的结果相似（图1f，h）。进一步分析AD进展过程中一系列时间点的CD45high细胞亚型的变化（图1i）。使用k-均值聚类，发现CD4+T细胞的改变作为CD45high细胞的主要部分，概述了M1细胞的改变（图1i，j）。浸润的Th1和Th2细胞是CD4 +细胞的两个主要亚型，表现出与M1和M2小胶质细胞相似的动力学（图1k）。随着肠道菌群模式的改变，免疫细胞群趋向于转变为Th1和M1为主的状态。

图1. Tg小鼠的AD进程中，肠道微生物失调和免疫细胞变化。

3.2 肠道微生物群是大脑中免疫细胞浸润和小胶质细胞激活所必需的

Tg小鼠的抗生素治疗导致肠道中微生物数量显著减少（图2a）。伴随着这种变化，脑内浸润性促炎性Th1细胞（图2b）和M1细胞（图2c）减少 。

WT小鼠与Tg小鼠共同饲养。对这些小鼠中肠道菌群变化的分析表明，在共同饲养的WT小鼠和Tg小鼠之间，肠道微生物群的组成非常相似，但与单独饲养的WT小鼠相比有显着差异（图2d）。此外，在共同饲养的WT和Tg小鼠浸润的Th1细胞也显着高于单独饲养的WT小鼠（图2e）。同时，在共同饲养的WT小鼠中M1细胞仅略有增加（图2f），这表明微生物群的改变主要影响浸润的免疫细胞而不是驻留的免疫细胞。与免疫细胞变化相一致，在共同饲养的WT和Tg小鼠之间，脑中的细胞因子表达显示出明显的相似性，但WT小鼠不同（图2g）。

图2.肠道菌群是免疫细胞浸润和小胶质细胞活化所必需的。

3.3 GV-971对认知障碍有改善作用

为了验证肠道菌群在AD进展中的重要作用，研究者对APP / PS1小鼠进行GV-971（图3a）治疗三个月。直到13个月大时，GV-971对认知障碍表现出显着的改善作用，这表现为APP / PS1小鼠在莫里斯水迷宫（MWM）任务的训练试验（图3b）和探针试验（图3c）中空间学习能力和记忆能力增强。GV-971还可以显着改善小鼠在Y迷宫中的表现（图3d）。

图3.GV-971对APP / PS1小鼠模型行为变化的影响。

3.4 GV-971通过改变肠道微生物群减轻神经炎症

从7个月大开始，在Tg小鼠中每月口服GV-971显着改变了肠道菌群的组成（图4a，b）。与肠道菌群改变相一致，Tg小鼠的GV-971治疗破坏了先前在脑淋巴细胞和肠道细菌变化之间的相关性（图4c），脑Th1细胞减少（ 图4d）显着降低了小胶质细胞活化（图4e），并降低了多种脑细胞因子水平（图4f）。同时，GV-971处理显着减少了Tg小鼠的Aβ斑块沉积，tau磷酸化，并减轻了歧视性学习能力的下降（图4g–i）。

图4.GV-971通过重新调节肠道菌群减轻神经炎症。

3.5 GV-971通过调节氨基酸代谢抑制神经炎症

对代谢物进行途径富集分析进一步揭示了氨基酸相关代谢途径和酶的显著变化，特别是苯丙氨酸相关途径（图5a）。使用随机森林算法对这些氨基酸进行分类，将苯丙氨酸在WT和Tg之间是最常见的，然后是异亮氨酸，5-羟色胺，组氨酸和乙酰鸟氨酸（图5b），表明随着疾病的进展它们具有强相关性。然后，在GV-971治疗或未治疗的Tg小鼠中检查了粪便和血液样本中所选氨基酸的浓度，并将其与WT小鼠进行了比较。Tg小鼠粪便中苯丙氨酸和异亮氨酸的浓度显着高于WT小鼠，GV-971处理将其浓度显着降低至与WT小鼠相当的水平（图5c）。血液中苯丙氨酸和异亮氨酸的浓度也发生了类似的变化（图5d）。暴露于苯丙氨酸或异亮氨酸的Th1细胞分化显着增强，这被GV-971处理抑制（图5e）。苯丙氨酸和异亮氨酸显着促进了Th1细胞的增殖，GV-971处理抑制了苯丙氨酸诱导的Th1细胞的增殖，但异亮氨酸的作用几乎没有改变（图5f，蓝色柱）。此外，注射苯丙氨酸和异亮氨酸对野生型小鼠进行治疗，观察到血液中Th1细胞的频率显着增加（图5g）。AD受试者在MCI血液中的苯丙氨酸和异亮氨酸浓度以及Th1细胞频率显着高于健康受试者（图5h，i）。此外，在另一个AD的MCI中也证实了血液中苯丙氨酸和异亮氨酸水平的升高（图5j），表明血液中苯丙氨酸和异亮氨酸的异常蓄积和Th1频率的升高可能是AD患者MCI和健康受试者MCI的特征。

图5. GV-971通过利用氨基酸代谢来抑制神经炎症。

结论

图6.肠-脑轴在AD进展中的示意图和干预策略。

除Aβ沉积和tau磷酸化外，AD进展过程中肠道菌群的改变还会引起代谢紊乱。异常的代谢产物产生会引起周围炎症，增加免疫细胞的大脑浸润，而免疫细胞与大脑中的M1小胶质细胞发生串扰，导致病理性神经炎症和认知障碍（左图）。口服GV-971可调节肠道菌群，使紊乱的代谢产物正常化，减少外周免疫细胞向大脑的浸润，解决神经炎症，并减少Aβ沉积和tau磷酸化，从而最终改善认知功能（右图）。

GV-971是一种抗AD药物，在第3阶段临床试验中，已证明可逆转轻中度AD患者的认知损害。在本研究中，发现GV-971有效地修复了肠道微生物群，降低了粪便和血液中苯丙氨酸和异亮氨酸的浓度，并减少了与Th1相关的脑神经炎症。值得注意的是，GV-971处理的Tg粪便本身可以很大程度上模拟GV-971治疗的疗效，而抗生素治疗则抵消了GV-971的疗效。这些发现表明GV-971的治疗作用主要是通过肠道微生物群的重建。本文研究者们认为，GV-971提供一种以微生物群为靶标的抗AD策略，值得进一步研究。

小胶质细胞的介绍

小胶质细胞(microglia)是神经胶质细胞的一种，相当于脑和脊髓中的巨噬细胞，是中枢神经系统(CNS)中的第一道也是最主要的一道免疫防线。小胶质细胞大约占大脑中的神经胶质细胞的20%。小胶质细胞不停地清除着中枢神经系统中的损坏的神经，斑块及感染性物质。无数临床上和神经病理学研究表明激活的小胶质细胞在神经退化类疾病的发病机理中起到十分重要的作用，如帕金森病，多发性硬化和阿兹海默症等。但是过多激活或失控的小胶质细胞会引起神经毒性。他们是促炎因子和氧化应激的重要来源，如肿瘤坏死因子（TNF），一氧化氮，白介素等有神经毒性的物质