离阿兹海默症疗法开发又更进一步!MIT 透过单细胞分析技术研究脑内细胞的五大机转

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尽管临床学者已在阿兹海默症领域钻研数十年,但现有的疗法突破仍甚少。近期美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)的科学家于近期发表于 Nature Neuroscience 的新文献指出,透过单细胞分析(single-cell sequencing)的技术,将能为未来阿兹海默症疗法开发带来极大的潜力。

透过单细胞分析脑内五大细胞的五种致病相关机转

单细胞分析技术能透过检测个别细胞的基因活性,如脑内 RNA 转录为 DNA 情形,进而评估细胞在大脑生物学、病理学中的功能与作用。而由博后 Mitch Murdock 与 Li-Huei Tsai 教授带领的 MIT 研究团队在近期发表的研究中指出,单细胞分析的结果证实了阿兹海默症影响是十分复杂且深远的,在五种主要细胞型态中也有五种疾病形成路径。研究团队认为若能深入探讨路径机制,即能找出疾病的生物指标(biomarkers),以成为后续疗法研发的潜力标靶。

研究团队分别针对神经元、微胶细胞(microgila)、星状胶质细胞(astrocytes)、寡突胶质细胞(oligodendrocytes)以及寡突前驱细胞(oligodendrocyte precursor cells)中的五种疾病路径做分析,包含:发炎与免疫反应、脂质分子的讯号传导路径与机制、代谢压力与蛋白折叠、DNA 损伤与细胞衰老(senescence ),以及脑内血管的交互作用。

研究团队在小鼠模式研究中发现,患有阿兹海默症的小鼠其五种细胞内特定的生物指标皆与健康控制组有所差异。在免疫方面,阿兹海默症组的近乎每种细胞型态皆会产生免疫反应;而在对细胞功能表现至关重要的脂质代谢路径中,可见阿兹海默症会导致许多细胞内的脂质讯号传导路径紊乱。

蛋白质折叠部分,也是可在几乎每种细胞类型观察到蛋白质折叠错误情形,并伴随着粒线体功能障碍,导致细胞内能量产出中断。此研究显示,即时脑内未受病理影响,蛋白质折叠错误与细胞氧化压力仍会让大脑产生阿兹海默症的病症。除此之外,在五种细胞类型中都可见 DNA 的损伤修复情形。

未来研究空间仍大

研究团队在研究讨论指出道,透过辨识各细胞型态与分子机制,将能启发后续疗法的开发进而逆转其几转。然而,单细胞分析技术在阿兹海默症研究的应用上需考量的问题繁多,包含针对大脑何处、何种条件下进行细胞采检定序,以及基因表现变化有时并不直接与疾病几转有直接关系,也因此,研究团队认为还有很大的研究空间。

未来,除了单细胞分析外,研究团队认为透过“空间转录组学”(spatial transcriptomics)的研究,将能更好地监测大脑内细胞基因转录情形;并应扩大研究至人体大脑样本,以更深入了解此疾病。

延伸阅读:阿兹海默症找新解!发现 KIF11 基因能帮助患者保持认知力

参考资料:
1. https://picower.mit.edu/news/new-technologies-revealing-cross-cutting-breakdowns-alzheimers-disease
2. https://www.nature.com/articles/s41593-022-01222-2

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