小膠質(zhì)細胞在神經(jīng)退行性疾病致病機制中發(fā)揮著舉足輕重的作用，以至于它們轉(zhuǎn)錄組微弱的變化就可能增加罹患癡呆風險。為了了解遺傳變異是如何改變小膠質(zhì)細胞中的基因表達，以及這些變化如何影響患病風險，紐約西奈山伊坎醫(yī)學院的Lot de Witte和 Towfique Raj教授領導的研究團隊創(chuàng)建了同類研究中最 大的小膠質(zhì)細胞基因組圖譜（MiGA）。MiGA 于2022年1月6日在《Nature Genetics》上發(fā)表，該圖譜樣本取自尸檢時100名腦供體的不同腦區(qū)，反映了小膠質(zhì)細胞的基因表達情況。
波士頓兒童醫(yī)院的Beth Stevens教授及其同事稱這項工作十分有意義。MiGA 論文清楚地表明，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集（尤其是與其他新數(shù)據(jù)集相結合）可以更好地解釋小膠質(zhì)細胞中的GWAS（Genome Wide Association Studies）基因座，從而更準確地識別風險基因和衡量小膠質(zhì)細胞對疾病的特異性致病風險。其次，該圖譜確定了小膠質(zhì)細胞如何隨年齡和疾病變化而變化，從而選定可能的風險基因。最重要的是，這項研究將USP6NL和P2RY12分別確定為阿爾茨海默病和帕金森病的基因罪魁禍首。這些發(fā)現(xiàn)支持一個觀點，即神經(jīng)退行性疾病隨著小膠質(zhì)細胞基因表達情況的變化而發(fā)展。
Alzforum 報道了去年夏天在阿爾茨海默協(xié)會國際會議（AAIC）和生物預印本（bioRxiv）上展示的大部分研究結果 (Aug 2021 conference news; de Paiva Lopes et al., 2020)。研究結果進一步確認了遺傳變異與AD風險基因剪接變化的關聯(lián)。
了解風險變異如何影響小膠質(zhì)細胞中基因的表達十分具有挑戰(zhàn)性。這項研究需要足夠多供體的小膠質(zhì)細胞樣本來進行，而這些樣本的供應十分有限。最初，研究人員采用來自髓系細胞的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)或者使用從極少數(shù)人身上提取的小膠質(zhì)細胞來進行研究(Aug 2019 news; Jun 2017 news; Nov 2019 news)?，F(xiàn)在，研究人員正在增加樣本數(shù)量，之前的一項研究分析了來自 141 名接受神經(jīng)外科手術的供體112份組織樣本的小膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)(Young et al., 2021)。
來自四個大腦區(qū)域的尸檢組織用于分析小膠質(zhì)細胞的大量轉(zhuǎn)錄組。 通過 QTL 和其他分析，MiGA 闡明了遺傳變異如何影響小膠質(zhì)細胞中的基因表達，以及這與疾病風險之間的關系。[Courtesy of Katia de Paiva Lopes et al., Nature Genetics, 2022.]
MiGA 進一步加大了樣本數(shù)量， Katia de Paiva Lopes、Gijsje Snijders 和Jack Humphrey教授及其同事調(diào)查了來自100名供體中255個組織樣本的小膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)錄組，這些供體的范圍包括從沒有神經(jīng)系統(tǒng)疾病跡象的正常人到患有AD、PD和其他腦部疾病的患者。小膠質(zhì)細胞來自四個區(qū)域：皮質(zhì)中的額內(nèi)側回、顳上回、丘腦和腦室下區(qū)。如前所述，研究人員檢測到近 1700 個基因隨著年齡的增長而改變表達，包括那些參與脂質(zhì)代謝和免疫反應的基因，一少部分基因在大腦的不同區(qū)域存在表達差異，但該研究未檢測到在兩性之間存在明顯表達差異的基因。
麻省理工學院的 Matheus Victor和 Li-Huei Tsai教授指出：“他們的數(shù)據(jù)說明了受衰老影響最 大的基因通路（genetic pathway）影響了脂質(zhì)自穩(wěn)?！?/span>
隨后，研究人員分析了數(shù)量性狀基因座(QTL)，包括那些改變附近基因表達(eQTL)或剪接(sQTL) 的基因座，作者分別稱之為eGenes 和sGenes。利用現(xiàn)有統(tǒng)計技術，整合了對四個大腦區(qū)域的樣本數(shù)據(jù)分析結果?？茖W家們發(fā)現(xiàn)了3,611個eGene和4,61個sGene?？茖W家們將這批 QTL 與針對各種疾病的GWAS進行比對，確定了兩者重疊的位置，發(fā)現(xiàn)了15個MiGA QTL。這些 QTL影響了與10個AD風險基因的表達和剪接。
通過對比QTL的遺傳位置與 GWAS 多態(tài)性的關系，并加以運用其它基因組研究方法，研究人員確定遺傳變異與附近基因表達/作用之間存在因果聯(lián)系。例如，他們確定在AD的ECHDC3的風險基因位點， USP6NL才是風險驅(qū)動基因，而非ECHDC3。USP6NL參與控制內(nèi)吞作用的GTP酶激活蛋白的合成；與單核細胞相比，它在小膠質(zhì)細胞中高度表達。同樣，他們認為在MED12L風險基因位點，P2RY12基因才是引發(fā)PD風險的罪魁禍首。P2YR12 是一種P2Y代謝型G蛋白偶聯(lián)嘌呤能受體，與其他腦細胞和髓樣細胞類型相比，它在小膠質(zhì)細胞中高度表達。P2RY12在遷移中起作用，而當小膠質(zhì)細胞被激活時P2RY12的表達水平急劇下降。
此外，MiGA 揭示了一個與CD33基因中外顯子2含量減少相關的 sQTL。該sQTL與CD33多態(tài)基因中導致AD 的風險基因共同遺傳，在之前的研究中，后者被證明與單核細胞中的相同剪接偏差有關(Apr 2011 news)。最后，在與 AD 相關的多基因位點MS4A中出現(xiàn)了一批sQTL。特別是一個sQTL與MS4A6A基因中內(nèi)含子的使用頻率增加有關，該基因包含一個過早表達的多聚腺苷酸化位點，從而導致轉(zhuǎn)錄障礙。這些發(fā)現(xiàn)共同揭示了MS4A位點AD遺傳風險的潛在機制。
寧波易賽騰生物科技有限公司 李福云編譯
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Mighty MiGA: Microglial Genomic Atlas Zeros in on Causal AD Risk Variants | ALZFORUM
