腦立體定位儀在揭示小膠質(zhì)細胞感知Aβ斑塊新機制中的應(yīng)用

阿爾茨海默�。ˋlzheimer’s disease, AD）是老年人常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，患者會出現(xiàn)日漸加重的認知障礙，嚴重影響了生活質(zhì)量。AD的病理特征主要包括存在于細胞外的淀粉樣蛋白-β(Amyloid-β, Aβ)斑塊，以及神經(jīng)元內(nèi)tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)。小膠質(zhì)細胞是定植于神經(jīng)系統(tǒng)的固有免疫細胞，它可以通過物理或化學(xué)的手段來感知局部微環(huán)境的動態(tài)變化，來清除微環(huán)境中的損傷因子，從而對神經(jīng)元起到保護作用。在AD中，小膠質(zhì)細胞能夠識別并吞噬病理性的Aβ聚合物和斑塊沉積，因此對AD的靶點尋找和疾病治療和具有重要價值。然而對于小膠質(zhì)細胞是如何來感知并識別Aβ斑塊的作用機制，目前的研究尚未完全闡明。

2022年11月10日，廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院莫瑋教授團隊在Neuron雜志上發(fā)表了題為“Microglial Piezo1 senses Aβ fibrils stiffness to restrict Alzheimer’s disease”的研究論文。該研究證實，小膠質(zhì)細胞對不溶性Aβ纖維硬度的感知依賴于機械力受體Piezo1。在AD小鼠模型中，Piezo1缺失導(dǎo)致小鼠的Aβ病理和神經(jīng)退行性病變的加劇。相反，通過藥理學(xué)手段來激活Piezo1能夠顯著改善AD相關(guān)病理變化。該研究結(jié)果表明，小膠質(zhì)細胞中的Piezo1可能是一個有前景的AD治療靶點。
 

鑒于Aβ斑塊的多種化學(xué)成分，之前的研究工作主要集中在小膠質(zhì)細胞如何通過化學(xué)信號來感知Aβ斑塊。最近的研究表明，小膠質(zhì)細胞能夠?qū)�機械力的變化做出反應(yīng)，并優(yōu)先遷移到更堅硬的基質(zhì)上，而小膠質(zhì)細胞對Aβ斑塊硬度響應(yīng)的機械感知尚不清楚。Piezo家族是哺乳動物細胞中的機械敏感性陽離子通道蛋白。作為機械力受體，Piezo可通過感受細胞膜機械力的變化，包括剪切應(yīng)力、硬度和周期性壓力等，并將機械信號轉(zhuǎn)化為電信號或化學(xué)信號。

為了確定Aβ斑塊在物理特性上的改變，文章作者利用原子力顯微鏡對在體標(biāo)記的Aβ斑塊進行了檢測。結(jié)果表明，在鮮活腦片中，Aβ斑塊組織的硬度顯著高于非Aβ斑塊組織。作者進一步分析發(fā)現(xiàn)，相對其他機械通道蛋白，Piezo1在小膠質(zhì)細胞中的表達最高。并且在體外原代培養(yǎng)小膠質(zhì)細胞中，小膠質(zhì)細胞中Piezo1的表達受到不溶性Aβ纖維硬度刺激而增高。最后，作者通過鈣成像和電生理實驗證實了小膠質(zhì)細胞對纖維化Aβ硬度的感知依賴于Piezo1。此外，作者通過對AD小鼠模型和臨床尸檢樣本進行了檢測，觀察到Aβ斑塊附近的小膠質(zhì)細胞中Piezo1的表達顯著上調(diào)。
 

圖1.5×FAD小鼠與AD患者腦組織中小膠質(zhì)細胞Piezo1的表達升高

為了進一步確定小膠質(zhì)細胞中的Piezo1在Aβ病理中的作用，作者對小膠質(zhì)細胞中的Piezo1進行了敲除。Piezo1缺失加重了5×FAD小鼠（AD小鼠模型）的Aβ斑塊負擔(dān)、突觸丟失以及認知損害，而且還會損害小膠質(zhì)細胞的吞噬活性，減少小膠質(zhì)細胞向Aβ斑塊的聚集，導(dǎo)致斑塊被包裹的程度減少，斑塊更加松散。與之相反，在5×FAD小鼠中，作者在利用激動劑激活Piezo1后，小膠質(zhì)細胞在Aβ斑塊周圍的聚集以及對Aβ斑塊的吞噬顯著增加，并且小鼠的認知功能也得到明顯改善。然而，當(dāng)小膠質(zhì)細胞中的Piezo1被敲除后，給予Piezo1激動劑不再具有改善Aβ相關(guān)病理的作用。這些結(jié)果表明，Piezo1介導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞激活對于抑制Aβ相關(guān)病理以及認知功能改善至關(guān)重要。
 

圖2.小膠質(zhì)細胞Piezo1激活能夠顯著改善5×FAD小鼠的Aβ斑塊負擔(dān)和認知能力

綜上，小膠質(zhì)細胞可通過機械感覺離子通道Piezo1來感知Aβ纖維硬度，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞對Aβ斑塊的反應(yīng)，從而阻止Aβ病理的擴散，凸顯了小膠質(zhì)細胞機械生物學(xué)在AD病理中的保護作用。此外，激活小膠質(zhì)細胞中的Piezo1減輕了AD相關(guān)病理，進一步提高了調(diào)節(jié)Piezo1活性在AD治療中的價值。從機械轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑揭示小膠質(zhì)細胞Piezo1在AD病理中的作用，將進一步拓展我們對AD發(fā)病機制的理解。
 

研究方法亮點
這項工作揭示了小膠質(zhì)細胞通過機械力受體Piezo1感知纖維化Aβ硬度的作用機制。研究用到了腦立體定位注射、膜片鉗記錄、原代細胞培養(yǎng)、免疫組化以及細胞分子檢測等實驗技術(shù)。瑞沃德深耕生命科學(xué)研究領(lǐng)域20年，一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務(wù)。在該研究中，研究人員采用了瑞沃德公司生產(chǎn)的腦立體定位注射系統(tǒng)，為實驗的順利開展提供了支持。此外，瑞沃德還可提供的該研究所涉及的電生理記錄、原代細胞培養(yǎng)、免疫組化以及細胞分子檢測等實驗的完整解決方案。截至目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務(wù)覆蓋海內(nèi)外100多個國家和地區(qū)，客戶涵蓋全球700+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全球科研人員發(fā)表SCI文章14500+，獲得行業(yè)廣泛認可。
 

論文原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.10.021