一項研究檢查了AD患者和未患病的年齡匹配對照組的大腦內(nèi)嗅皮層(Grubman et al.， 2019)。他們注意到應激反應基因(如線粒體基因、熱休克基因和分子伴侶基因)在多種細胞類型中的上調(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)細胞發(fā)育和分化相關的基因(如BIN1和CNTN2)在星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞中上調(diào)，可能是對髓磷脂損失的代償反應。AD患者內(nèi)皮細胞上調(diào)了參與細胞因子分泌和免疫反應的基因(HLA-E、MEF2C和NFKBIA)。作者還利用他們的數(shù)據(jù)構建了基因調(diào)控網(wǎng)絡，并研究了與AD相關的轉錄因子和下游靶基因之間的關系。
Mathys等人對AD患者死后大腦的前額葉皮層和無病理對照進行了snRNA-seq測序，發(fā)現(xiàn)AD的興奮性神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞顯示髓鞘相關基因上調(diào)(例如- LINGO1)。小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞分別顯示CD81和GFAP等基因上調(diào)，提示這些細胞類型在AD中被激活。作者還比較了早期和晚期AD樣本中細胞特異性基因表達的變化。與早期AD樣本相比，晚期AD樣本中的多種細胞類型的蛋白質(zhì)折疊基因、分子伴侶基因和全局應激反應基因上調(diào)。值得注意的是，Murphy等人使用最佳實踐方法重新分析了該數(shù)據(jù)集，并發(fā)現(xiàn)了不同的結果，強調(diào)了基于不斷發(fā)展的平臺重新評估數(shù)據(jù)集的重要性。
另一項研究考察了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(Zhou et al.， 2020)。TREM2是一種小膠質(zhì)受體。這種受體的突變會影響小膠質(zhì)細胞包圍與阿爾茨海默病相關的斑塊的能力，導致更大的神經(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的風險。
Leng等人對AD患者死后的大腦進行了snRNA-seq測序，以表征AD進展過程中細胞相對豐度的變化(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展，兩個大腦區(qū)域的抑制性神經(jīng)元轉錄本沒有變化，但內(nèi)嗅皮層的小膠質(zhì)細胞計數(shù)有增加的趨勢。
Belonwu等人對Grubman等人和Mathys等人的數(shù)據(jù)進行了兩次重新分析，確定了基于APOE基因型的細胞特異性基因表達的差異(Belonwu et al.， 2022a)。作者根據(jù)APOE基因型觀察到不同細胞類型的基因表達差異。例如，與APOE3/3小膠質(zhì)細胞相比，APOE3/4小膠質(zhì)細胞表現(xiàn)出膠質(zhì)發(fā)生、髓鞘形成、陽離子跨膜運輸和細胞投射途徑的上調(diào)。Belonwu等人還重點關注性別如何影響AD中細胞特異性基因的表達(Belonwu等人，2022b)。作者發(fā)現(xiàn)，阿爾茨海默病的細胞特異性基因表達因性別而異。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)細胞中特異性下調(diào)。這些結果證明了APOE基因型和性別在AD中單細胞基因表達的差異，并強調(diào)了在神經(jīng)生物學疾病中單細胞水平評估性別差異的重要性。
這篇綜述回顧的大多數(shù)研究只檢查了一個或幾個大腦區(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)生物學疾病的發(fā)病機制。值得注意的是，杏仁核、紋狀體和海馬體在目前人腦神經(jīng)生物學疾病的scRNA-seq研究中沒有得到很好的代表，在單細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與單細胞蛋白質(zhì)組學相結合。一些研究發(fā)現(xiàn)，轉錄物水平與蛋白質(zhì)水平之間的相關性并不總是顯著的，因此單細胞蛋白質(zhì)組學可能更好地代表細胞功能/表型。這些信息對于藥物發(fā)現(xiàn)尤其有用，因為大多數(shù)治療的目標通常是蛋白質(zhì)，而不是mRNA。
一些研究只使用了少量樣本或分析了相對較少的細胞，未來的研究應該通過納入更多的樣本和分析更多的細胞來提高研究質(zhì)量。此外，這些研究使用了不同的質(zhì)量控制方法，因此使用最嚴格的實踐方法重新分析數(shù)據(jù)集是有益的，它將推動該領域的發(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患病組織數(shù)據(jù)的薈萃分析?？偟膩碚f，還有很多有待進一步研究的開放領域。
參考文獻
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）
