GFHDT: 晚髮型阿爾茨海默病：通過體外3D iNeuron培養建模疾病特徵
晚髮型阿爾茨海默病：通過體外3D iNeuron培養建模疾病特徵
27 Jan 2026 at 04:14am
最近發表在《科學》雜誌上的一項研究報導了一種新的阿爾茨海默病（AD）體外模型系統，該系統基於從對照組和AD患者的人類成纖維細胞中直接進行神經元重程式設計，成功複製了該疾病的多個特徵。 因此，該模型進一步推進了AD的體外建模，不僅能夠研究其背後的分子機制，還可以進行高通量篩選，以識別潛在的治療藥物。
AD是最常見的失智症原因，是一種以漸進性記憶喪失和思維障礙為特徵的神經退行性疾病。 這些癥狀的進一步惡化通常會導致行為和社會能力的喪失。 AD患者的死後腦組織分析顯示，細胞外澱粉樣蛋白β（Aβ）斑塊積累、不可溶tau蛋白形成（含有3R-和4R-tau異構體的混合物）、神經突變性和不可逆的神經元損失。 多年來，已經確定了幾個具有常染色體顯性的AD致病基因（ADAD），但它們僅代表1%到2%的AD病例。 與AD相關的風險因素中，衰老無疑是最相關的：大多數AD病例發生在65歲以後，因此被稱為晚髮型AD（LOAD），而早髮型AD（EOAD）僅佔AD患者的5%。 因此，開發可靠的AD模型系統應考慮年齡這一關鍵參數。 儘管已經開發了不同的動物模型來類比ADAD，但由於壽命差異，它們無法類比LOAD; 同樣，iPSC衍生的AD神經元也無法類比衰老，因為iPSC的生成會將供體細胞的年齡特徵重置為胚胎年齡。
直接神經元重程式設計是一種有前途的方法，可以通過強制表達重程式設計因數將已分化的非神經元細胞類型轉化為神經元。 值得注意的是，直接神經元重程式設計不會擦除衰老特徵：因此，誘導神經元（iNs）保留了目標細胞的年齡。 然而，當AD患者的成纖維細胞通過強制共表達Ngn2和Ascl1在2D培養中重程式設計時，生成的iNs表現出與年齡相關的失調，但沒有AD特徵，這表明培養系統或重程式設計因數不足以類比AD病理。
Sun及其同事在此基礎上開發了一種新的體外模型系統，主要區別在於重程式設計雞尾酒和培養條件。 事實上，他們在人類成纖維細胞中表達了miRNA124/miR-9/9*與NEUROD2和MYT1L，以生成皮層iNs，並將細胞嵌入低密度薄凝膠（15% Matrigel，3D-CNs）或高密度球狀體中。 經過2到3周的重程式設計后，成纖維細胞高效轉化為皮層iNs，通過免疫螢光分析和RNA測序得到證實。 最重要的是，該協定在ADAD（PSEN1或APP突變; 4條線）、LOAD（6條線）患者的成纖維細胞和17個年齡和性別匹配的健康對照組中均成功測試，從而可以研究分子機制、起始細胞年齡的影響以及ADAD和LOAD iNs之間的差異。
首先，作者評估了ADAD
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-iNs中是否存在AD特徵，如細胞外Aβ斑塊沉積、磷酸化tau、K63-泛素以及3R-和4R-tau異構體的共同表達，並將其與健康對照組進行了比較。 令人驚訝的是，無論是3D-CNs還是球狀體培養的ADAD-iNs，都顯示出所有這些AD跡象。 此外，早期和長時間使用β-或γ-分泌酶抑製劑可以減少Aβ沉積，從而證明瞭成功建模治療的可能性。 ADAD-iNs還含有種子能力的tau，通過FRET分析得到驗證。 此外，它們在轉錄上與健康對照組不同，表達更高水準的與AD風險增加相關的基因，如MMP3、IBSP和TAGLN4。 重要的是，3D-CNs ADAD-iNs隨時間表現出神經突變性和細胞死亡，從而重現了神經退行性變。
然後，作者檢查了這些表型是否也可以在LOAD樣本中檢測到。 確實，3D-CNs或球狀體LOAD-iNs顯示出Aβ斑塊沉積、tau病理、突觸形成受損、神經突變性和隨時間的細胞死亡。 同樣，LOAD-iNs的轉錄組與對照組不同，突出了金屬蛋白酶和與炎症反應相關基因的高表達。 與已發表的AD個體死後前額葉皮質數據集的比較揭示了LOAD-iNs中升高的多個基因，這些基因與衰老、炎症反應和凋亡有關，進一步支援了體外模型的可靠性（圖1）。
圖1Sun等人的研究發現圖形總結：通過直接神經元轉化從健康供體或患有ADAD或LOAD的患者的成纖維細胞生成的皮層樣神經元，顯示出患者中觀察到的關鍵AD特徵。 該圖由 BioRender.com 和Adobe Illustrator CS6創建
由於tau病變最近與逆轉座子元件（RTE）的失調相關，作者評估了RTE表達，並發現其增加與年齡而非病理相關。 早期使用逆轉錄酶抑製劑拉米夫定（3TC）治療顯著減少了單鏈DNA（ssDNA）的存在，這是逆轉座過程中的中間產物，用作RTE合成的指示器，同時減少了神經元死亡和Aβ形成。 這與減少的DNA損傷和與免疫和炎症反應相關基因表達的增加有關，可能表明拉米夫定通過調節RTE介導的神經炎症抑制LOAD-iNs中的神經退行性變。 值得注意的是，類似的治療在ADAD-iNs中沒有效果，突顯了兩種類型AD群體之間的差異。
作者還檢查了Aβ沉積與神經退行性變之間的關係，通過在LOAD-iNs
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中使用γ-分泌酶抑製劑進行治療。 有趣的是，在Aβ沉積開始時（誘導后16天，PID）而不是較晚的時間點（PID22）進行治療，顯著減少了Aβ斑塊形成，降低了磷酸化tau和神經元死亡，從而表明γ-分泌酶抑制在Aβ斑塊形成后無法有效減少或延遲表型。
Sun及其同事的工作代表了複雜腦部疾病如AD的體外培養作為疾病建模系統的重大進展。 儘管觀察時間有限（30 PID），但該模型提供了一個強大的平臺，用於探索不同臨床類別（遺傳性、早髮型或晚髮型）的AD病理生理學，並在未來研究其他細胞類型（如星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞）在AD相關退行性變中的作用。 另一方面，開發96孔板平臺增強了該模型的可擴展性，使其成為高通量篩選的寶貴工具，旨在識別能夠預防早期Aβ沉積或更關鍵地阻止tau病理進一步傳播的小分子或基因。
AD是最常見的失智症原因，是一種以漸進性記憶喪失和思維障礙為特徵的神經退行性疾病。 這些癥狀的進一步惡化通常會導致行為和社會能力的喪失。 AD患者的死後腦組織分析顯示，細胞外澱粉樣蛋白β（Aβ）斑塊積累、不可溶tau蛋白形成（含有3R-和4R-tau異構體的混合物）、神經突變性和不可逆的神經元損失。 多年來，已經確定了幾個具有常染色體顯性的AD致病基因（ADAD），但它們僅代表1%到2%的AD病例。 與AD相關的風險因素中，衰老無疑是最相關的：大多數AD病例發生在65歲以後，因此被稱為晚髮型AD（LOAD），而早髮型AD（EOAD）僅佔AD患者的5%。 因此，開發可靠的AD模型系統應考慮年齡這一關鍵參數。 儘管已經開發了不同的動物模型來類比ADAD，但由於壽命差異，它們無法類比LOAD; 同樣，iPSC衍生的AD神經元也無法類比衰老，因為iPSC的生成會將供體細胞的年齡特徵重置為胚胎年齡。
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Sun及其同事在此基礎上開發了一種新的體外模型系統，主要區別在於重程式設計雞尾酒和培養條件。 事實上，他們在人類成纖維細胞中表達了miRNA124/miR-9/9*與NEUROD2和MYT1L，以生成皮層iNs，並將細胞嵌入低密度薄凝膠（15% Matrigel，3D-CNs）或高密度球狀體中。 經過2到3周的重程式設計后，成纖維細胞高效轉化為皮層iNs，通過免疫螢光分析和RNA測序得到證實。 最重要的是，該協定在ADAD（PSEN1或APP突變; 4條線）、LOAD（6條線）患者的成纖維細胞和17個年齡和性別匹配的健康對照組中均成功測試，從而可以研究分子機制、起始細胞年齡的影響以及ADAD和LOAD iNs之間的差異。
首先，作者評估了ADAD
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然後，作者檢查了這些表型是否也可以在LOAD樣本中檢測到。 確實，3D-CNs或球狀體LOAD-iNs顯示出Aβ斑塊沉積、tau病理、突觸形成受損、神經突變性和隨時間的細胞死亡。 同樣，LOAD-iNs的轉錄組與對照組不同，突出了金屬蛋白酶和與炎症反應相關基因的高表達。 與已發表的AD個體死後前額葉皮質數據集的比較揭示了LOAD-iNs中升高的多個基因，這些基因與衰老、炎症反應和凋亡有關，進一步支援了體外模型的可靠性（圖1）。
圖1Sun等人的研究發現圖形總結：通過直接神經元轉化從健康供體或患有ADAD或LOAD的患者的成纖維細胞生成的皮層樣神經元，顯示出患者中觀察到的關鍵AD特徵。 該圖由 BioRender.com 和Adobe Illustrator CS6創建
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