新研究揭示阿爾茨海默病腦損傷進展機制

一項新研究已鑒定出與阿爾茨海默病(AD)病理相關的早期生物標志物及致病神經(jīng)元。

華大基因
6月25日
該研究由華大基因(BGI Genomics)智能醫(yī)學研究所(Institute of Intelligent Medical Research ,IIMR)科學家領導,于 6 月初發(fā)表于《蛋白質(zhì)與細胞》(Protein & Cell)雜志上。研究結果深化了對大腦時空變化的認知,或可為未來 AD 的早期干預與預防策略提供指導。

研究于2025年6月10日發(fā)表在《Protein & Cell》(最新影響因子:12.8)雜志上
阿爾茨海默病是一種漸進性腦部疾病,會逐步破壞記憶力、思維能力及日常功能。隨著病情惡化,特定類型的腦細胞(尤其是神經(jīng)元)會變得愈發(fā)脆弱,最終喪失正常功能。此前多數(shù)研究僅對比了健康大腦與 AD 晚期病變大腦的差異。
在這項新研究中,研究人員分析了 AD 早期、中期和晚期共 1,663 個單細胞轉(zhuǎn)錄組。分析聚焦于一個名為“EC-HPC環(huán)路”(包含內(nèi)嗅皮層和海馬體)的腦區(qū),該區(qū)域在記憶功能中起關鍵作用,且已知是 AD 早期侵襲的目標。
研究人員采用了 Smart-seq2 技術(一種高深度單細胞測序技術),相比傳統(tǒng)方法可提供更精準的細胞級遺傳數(shù)據(jù)。這一方法使其能夠檢測疾病不同階段(包括可見腦損傷出現(xiàn)前的早期階段)的細胞活動細微變化。

能量代謝障礙早期發(fā)生
大腦耗能巨大,其細胞高度依賴線粒體(細胞內(nèi)類似“發(fā)電站”的微小結構)供能。本研究發(fā)現(xiàn),易感腦區(qū)的線粒體功能在疾病早期即出現(xiàn)障礙,甚至早于淀粉樣斑塊(AD標志性病理特征之一)的沉積。
在疾病后期,線粒體活動反而呈現(xiàn)增強趨勢。這可能是大腦對抗持續(xù)損傷的一種代償機制,但可能為時已晚,無法阻止神經(jīng)元死亡。

MEG3基因與早期神經(jīng)元損傷
MEG3 基因參與調(diào)控線粒體健康及能量代謝。其異常表達與線粒體功能障礙、ATP 生成減少及氧化應激增加相關,這些變化均可導致神經(jīng)元損傷。在阿爾茨海默病(AD)中,該基因呈現(xiàn)過度活躍狀態(tài),尤其在疾病早期及內(nèi)嗅皮層中一類對記憶至關重要的星形神經(jīng)元內(nèi)。
研究表明,AD 早期 MEG3 水平顯著升高。MEG3 在 AD 早期異常高表達,可能通過抑制線粒體生物合成及能量代謝,進而誘發(fā)星形神經(jīng)元死亡。
隨著疾病進展及神經(jīng)元死亡,MEG3 水平逐漸下降。這一變化模式提示,MEG3 或可作為大腦早期病變的預警信號,針對該基因的干預或為神經(jīng)元保護提供新途徑,在損傷不可逆前實現(xiàn)保護。

神經(jīng)元呈現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞特征
最引人注目的發(fā)現(xiàn)之一是:特定腦區(qū)(如內(nèi)嗅皮層)中,高達 38% 的神經(jīng)元開始表達膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)——該蛋白通常為星形膠質(zhì)細胞所特有。
星形膠質(zhì)細胞通過清除細胞碎片及支持神經(jīng)元健康來維持腦穩(wěn)態(tài),但在 AD 中,其功能障礙常累及鄰近神經(jīng)元。本研究顯示,GFAP+ 神經(jīng)元最早出現(xiàn)于 AD 海馬 CA3 區(qū),并隨病理進展數(shù)量逐漸增多,沿 EC-HPC 環(huán)路擴散至內(nèi)嗅皮層。
這些神經(jīng)元不僅獲得星形膠質(zhì)細胞特征,還喪失了典型神經(jīng)元標志物(如NeuN和Snap25),并開始表達干細胞樣基因。基于上述發(fā)現(xiàn),研究者提出 AD 病理的“膠質(zhì)屏障假說”:當神經(jīng)元獲得膠質(zhì)細胞特性時,其原有身份及功能隨之喪失。這些異常神經(jīng)元可能無法建立正常連接,導致腦通信中斷并加劇記憶喪失。
GFAP+ 神經(jīng)元中斑塊誘導基因(PIG)的顯著激活,以及作者在偶發(fā)彌漫性類斑塊對照樣本中檢測到 GFAP+ 細胞,均表明 GFAP+ 神經(jīng)元與 AD 病理存在密切關聯(lián)。

指引潛在疾病追蹤研究
本研究揭示了 AD 的動態(tài)發(fā)展路徑——從能量代謝與基因活動的早期隱匿變化,到細胞死亡與記憶喪失的晚期階段。通過識別早期病變中呈現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞特征的神經(jīng)元,科學家獲得了追蹤 AD 進展的新潛在標志物。
更重要的是,這或為開發(fā)新型治療策略提供方向,例如:阻止神經(jīng)元身份丟失、糾正能量失衡或調(diào)控 MEG3 等基因表達。
阿爾茨海默病的發(fā)病可能遠早于當前認知,其早期即存在腦細胞能量利用與通信方式的微妙而破壞性的改變。這些發(fā)現(xiàn)為研究者提供了早期干預的新線索,或許有朝一日,我們能在疾病奪走記憶與生命之前將其阻止。


創(chuàng)立于1999年的華大基因
參考文獻
Source:BGI Genomics
New study uncovers brain damage progression in Alzheimer's disease
Reference:
Yuting Ma, Juan Zhang, Hankui Liu, Dingfeng Li, Sicheng Guo, Jialuo Han, Lei Wang, Shaojun Yu, Xi Su, Yongchang Gao, Xiumei Lin, A san, Yushan Peng, Guibo Li, Hui Jiang, Wei Wang, Huanming Yang, Jian Wang, Shida Zhu, Lijian Zhao, Jianguo Zhang, Qiang Liu, Spatiotemporal characterization of disease-associated neurons in the entorhinal cortex-hippocampal circuit during AD progression, Protein & Cell, 2025;, pwaf042, https://doi.org/10.1093/procel/pwaf042
原文標題 : 新研究揭示阿爾茨海默病腦損傷進展機制
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