一項(xiàng)研究檢查了AD患者和未患病的年齡匹配對(duì)照組的大腦內(nèi)嗅皮層(Grubman et al.， 2019)。他們注意到應(yīng)激反應(yīng)基因(如線粒體基因、熱休克基因和分子伴侶基因)在多種細(xì)胞類型中的上調(diào)。在AD樣本中，神經(jīng)元表現(xiàn)出GABA受體(GABRA2、GABRB1)、谷氨酸受體(GRIA2、GRID2)和神經(jīng)素(NRXN1、NRXN3)基因的下調(diào)，與AD中突觸的缺失一致。與膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育和分化相關(guān)的基因(如BIN1和CNTN2)在星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞中上調(diào)，可能是對(duì)髓磷脂損失的代償反應(yīng)。AD患者內(nèi)皮細(xì)胞上調(diào)了參與細(xì)胞因子分泌和免疫反應(yīng)的基因(HLA-E、MEF2C和NFKBIA)。作者還利用他們的數(shù)據(jù)構(gòu)建了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并研究了與AD相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子和下游靶基因之間的關(guān)系。
Mathys等人對(duì)AD患者死后大腦的前額葉皮層和無病理對(duì)照進(jìn)行了snRNA-seq測(cè)序，發(fā)現(xiàn)AD的興奮性神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞顯示髓鞘相關(guān)基因上調(diào)(例如- LINGO1)。小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞分別顯示CD81和GFAP等基因上調(diào)，提示這些細(xì)胞類型在AD中被激活。作者還比較了早期和晚期AD樣本中細(xì)胞特異性基因表達(dá)的變化。與早期AD樣本相比，晚期AD樣本中的多種細(xì)胞類型的蛋白質(zhì)折疊基因、分子伴侶基因和全局應(yīng)激反應(yīng)基因上調(diào)。值得注意的是，Murphy等人使用最佳實(shí)踐方法重新分析了該數(shù)據(jù)集，并發(fā)現(xiàn)了不同的結(jié)果，強(qiáng)調(diào)了基于不斷發(fā)展的平臺(tái)重新評(píng)估數(shù)據(jù)集的重要性。
另一項(xiàng)研究考察了TREM2基因的不同變體如何影響AD患者死后大腦中的單核基因表達(dá)(Zhou et al.， 2020)。TREM2是一種小膠質(zhì)受體。這種受體的突變會(huì)影響小膠質(zhì)細(xì)胞包圍與阿爾茨海默病相關(guān)的斑塊的能力，導(dǎo)致更大的神經(jīng)元功能障礙。與TREM2的常見變體相比，TREM2的R62H變體和R47H變體增加了AD的風(fēng)險(xiǎn)。
Leng等人對(duì)AD患者死后的大腦進(jìn)行了snRNA-seq測(cè)序，以表征AD進(jìn)展過程中細(xì)胞相對(duì)豐度的變化(Leng et al.， 2021)。他們使用了Braak階段0、2和6的樣本，分別代表了tau神經(jīng)原纖維病理的前期、早期和晚期。作者觀察到，與對(duì)照組相比，Braak 6期AD患者的內(nèi)嗅皮層和額上回的興奮性神經(jīng)元減少。另外，隨著阿爾茨海默病的進(jìn)展，兩個(gè)大腦區(qū)域的抑制性神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄本沒有變化，但內(nèi)嗅皮層的小膠質(zhì)細(xì)胞計(jì)數(shù)有增加的趨勢(shì)。
Belonwu等人對(duì)Grubman等人和Mathys等人的數(shù)據(jù)進(jìn)行了兩次重新分析，確定了基于APOE基因型的細(xì)胞特異性基因表達(dá)的差異(Belonwu et al.， 2022a)。作者根據(jù)APOE基因型觀察到不同細(xì)胞類型的基因表達(dá)差異。例如，與APOE3/3小膠質(zhì)細(xì)胞相比，APOE3/4小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出膠質(zhì)發(fā)生、髓鞘形成、陽離子跨膜運(yùn)輸和細(xì)胞投射途徑的上調(diào)。Belonwu等人還重點(diǎn)關(guān)注性別如何影響AD中細(xì)胞特異性基因的表達(dá)(Belonwu等人，2022b)。作者發(fā)現(xiàn)，阿爾茨海默病的細(xì)胞特異性基因表達(dá)因性別而異。例如，參與軸突發(fā)芽的通路在男性AD患者的小膠質(zhì)細(xì)胞中特異性下調(diào)，而參與突觸可塑性的磷酸二酯酶4B通路在女性AD患者的小膠質(zhì)細(xì)胞中特異性下調(diào)。這些結(jié)果證明了APOE基因型和性別在AD中單細(xì)胞基因表達(dá)的差異，并強(qiáng)調(diào)了在神經(jīng)生物學(xué)疾病中單細(xì)胞水平評(píng)估性別差異的重要性。
這篇綜述回顧的大多數(shù)研究只檢查了一個(gè)或幾個(gè)大腦區(qū)域的組織，并且大多數(shù)檢查的樣本是皮質(zhì)的。然而，其他大腦區(qū)域也參與了神經(jīng)生物學(xué)疾病的發(fā)病機(jī)制。值得注意的是，杏仁核、紋狀體和海馬體在目前人腦神經(jīng)生物學(xué)疾病的scRNA-seq研究中沒有得到很好的代表，在單細(xì)胞水平上檢查大腦的其他區(qū)域是必要的。
其他未來的方向可能包括將scRNA-seq與單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)相結(jié)合。一些研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄物水平與蛋白質(zhì)水平之間的相關(guān)性并不總是顯著的，因此單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)可能更好地代表細(xì)胞功能/表型。這些信息對(duì)于藥物發(fā)現(xiàn)尤其有用，因?yàn)榇蠖鄶?shù)治療的目標(biāo)通常是蛋白質(zhì)，而不是mRNA。
一些研究只使用了少量樣本或分析了相對(duì)較少的細(xì)胞，未來的研究應(yīng)該通過納入更多的樣本和分析更多的細(xì)胞來提高研究質(zhì)量。此外，這些研究使用了不同的質(zhì)量控制方法，因此使用最嚴(yán)格的實(shí)踐方法重新分析數(shù)據(jù)集是有益的，它將推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展，使所有來自死后腦組織sc-或snRNA-seq研究數(shù)據(jù)公開可用，允許小組之間的合作和對(duì)患病組織數(shù)據(jù)的薈萃分析?？偟膩碚f，還有很多有待進(jìn)一步研究的開放領(lǐng)域。
參考文獻(xiàn)
T. Jordan Walter, Robert K. Suter, Nagi G. Ayad. An overview of human single-cell RNA sequencing studies in neurobiological disease. Neurobiol Dis. 2023 August ; 184: 106201. doi:10.1016/j.nbd.2023.106201.
（文章來源：mp.weixin.qq.com/s/XTJkKcY45AxL0KXio_O9ew）
