IF58.7｜免疫治疗驱动AD患者小胶质细胞清除Aβ的机制

空间转录组揭示主动与被动Aβ免疫后，小胶质细胞APOE和TREM2上调与Aβ清除相关。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

阿尔茨海默病（AD）的主要病理特征之一是脑内β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积。近三十年来，针对Aβ的免疫治疗策略（包括主动免疫和被动免疫）在临床试验中显示出清除Aβ的潜力，但部分患者出现脑水肿、微出血等副作用，且不同患者清除效果差异显著。此前对AN1792主动免疫试验的尸检分析发现，部分患者脑内Aβ斑块减少，提示小胶质细胞可能参与清除过程，但其具体分子机制尚不清楚。被动免疫药物lecanemab可结合Aβ原纤维，减少Aβ标志物并延缓认知衰退，但同样缺乏对脑内免疫细胞应答的深入解析。

科学问题

卡在哪里： 尽管Aβ免疫治疗在部分患者中有效，但驱动Aβ清除的细胞和分子机制仍不明确。小胶质细胞作为脑内主要免疫细胞，其在不同免疫方式下的表型变化、关键调控基因以及与Aβ清除效率的关系尚未在人体组织中系统阐明。

本文要回答： 利用空间转录组、单细胞测序和空间蛋白组学，解析主动和被动Aβ免疫后AD患者脑内小胶质细胞的转录组特征，鉴定与Aβ清除相关的关键分子和通路。

技术路线

作者主要用了：空间转录组、单细胞RNA测序、空间蛋白组学、Cell2Location、MAST、DESeq2。

作者首先对AN1792主动免疫的AD患者（iAD）、非免疫AD患者（nAD）和神经正常对照（NND）的额叶皮层进行空间转录组分析，结合Aβ免疫组化定位Aβ微环境，比较不同清除程度患者的基因表达差异。随后，对一例接受lecanemab被动免疫的AD患者及匹配对照进行单细胞RNA测序和空间蛋白组学分析，在多个脑区鉴定小胶质细胞亚群及其空间分布。最后，整合主动和被动免疫数据，寻找共同的分子特征，并通过高分辨率空间转录组验证关键基因在Aβ斑块周围小胶质细胞中的表达。

图 1　Fig. 1:。图1展示了AN1792主动免疫队列的空间转录组实验设计和Aβ微环境分析。a图为免疫方案示意；d图显示手动注释的皮层分层；e图显示不同皮层区域DEG数量，深层在nAD vs NND中变化大，浅层在iAD vs nAD中变化大；g-h图突出iAD vs nAD在皮层III层中TREM2和APOE上调；m-n图显示Aβ微环境中iAD-lim炎症基因上调；o-q图通过LOESS聚类揭示iAD-lim中免疫相关基因簇随Aβ密度增加而特异升高。

核心亮点

亮点 1｜主动免疫后Aβ微环境持续炎症

在AN1792免疫的AD患者中，Aβ清除有限（iAD-lim）的脑区Aβ微环境表现出持续的炎症特征，包括IL-2-STAT5信号和补体信号通路上调，以及A2M、APOE、C3、SPP1等炎症相关基因高表达。相比之下，Aβ清除广泛（iAD-ext）的患者这些炎症基因上调不明显。LOESS分析显示，随着Aβ密度增加，iAD-lim中免疫相关基因簇表达显著升高，而iAD-ext和nAD中无此现象，提示持续的炎症反应可能阻碍Aβ有效清除。

图 2　Fig. 2:。图2利用Cell2Location将空间转录组数据与snRNA-seq参考整合，解析细胞类型组成和微胶质细胞状态。b-c图显示细胞类型空间映射和富集点；d图显示iAD vs nAD中L2/3兴奋性神经元和微胶质细胞DEG最多；e图显示微胶质细胞富集点中APOE、TREM2等上调；g-i图比较iAD-ext和iAD-lim的差异基因，发现FGFR3在iAD-ext特异上调；p-q图显示免疫后应激反应性微胶质细胞状态减少，核糖体生物合成微胶质细胞（MG3）增加。

亮点 2｜小胶质细胞表型决定Aβ清除程度

通过Cell2Location将空间转录组数据与单核RNA测序参考图谱整合，发现iAD-ext患者小胶质细胞富集区域上调FGFR3、APOE、MARCKS等基因，而iAD-lim则上调TREM2、A2M、LAMP1等。通路分析显示iAD-ext小胶质细胞氧化磷酸化增强、糖酵解降低，而iAD-lim补体和未折叠蛋白反应下调。此外，iAD-ext小胶质细胞的部分基因表达向正常对照（NND）状态回归，提示有效清除需要小胶质细胞代谢重编程和稳态恢复。

图 3　Fig. 3:。图3展示lecanemab被动免疫病例的单细胞RNA测序结果。d图显示Aβ和IBA1染色，e-f图显示lecanemab病例皮层Aβ减少且IBA1覆盖增加；g-h图显示细胞聚类和比例变化，微胶质细胞在TCX、PCX和HIPP富集；i-j图显示微胶质细胞上调SPP1、APOC1等基因；k图显示补体和IL-2-STAT5通路变化；m-p图鉴定出Mg-2和Mg-4两个微胶质细胞亚型，在Aβ清除区域富集并表达DAM标志物。

亮点 3｜被动免疫诱导区域特异小胶质细胞状态

对lecanemab治疗患者的单细胞RNA测序发现，在Aβ清除最明显的颞叶皮层（TCX）和顶叶皮层（PCX），小胶质细胞上调补体信号（C3）、溶酶体功能（CTSB）、铁储存（FTH1、FTL）和SPP1等基因。免疫细胞亚聚类鉴定出两个富集于Aβ清除区域的小胶质细胞亚型Mg-2和Mg-4，两者均表达DAM标志物APOE和TREM2，并显示补体通路激活，但Mg-2保留部分稳态标志物，Mg-4则呈现经典DAM特征。

图 4　Fig. 4:。图4展示lecanemab病例的空间蛋白组学分析。b-c图显示脑区注释和Aβ分割；d图显示深层皮层DEG最多；e图显示TCX中Aβ富集点补体和脂代谢基因上调；g图显示HLA-DRA蛋白在所有区域Aβ富集点上调，CD11c和CD68在TCX和HIPP上调；i-j图显示免疫相关基因簇在lecanemab样本中富集，包含APOE、SPP1、TREM2等。

亮点 4｜空间蛋白组学揭示Aβ微环境蛋白变化

空间蛋白组学分析显示，lecanemab治疗患者Aβ富集区域HLA-DRA蛋白上调，CD11c和CD68在TCX和海马（HIPP）中升高，而免疫抑制配体PD-L1在清除最明显的区域降低。免疫组化证实CD68+溶酶体结构存在于Aβ斑块周围的小胶质细胞中。此外，Aβ微环境中的基因表达聚类分析发现一个免疫相关基因簇（包含A2M、APOE、SPP1、TREM2等）在lecanemab样本中显著富集，进一步支持小胶质细胞吞噬和抗原呈递功能增强。

图 5　Fig. 5:。图5整合主动和被动免疫数据，寻找共同机制。a-c图显示免疫后Aβ减少和髓系细胞募集增加；d-f图通过聚类分析鉴定出Aβ-6微胶质细胞富集簇，在lecanemab和AN1792中比例升高；g-i图显示AN1792和lecanemab在该簇中分别上调FAM107A和SPP1等基因；n-r图高分辨率空间转录组验证lecanemab海马中Aβ斑块周围小胶质细胞高表达SPP1和APOE；s-u图显示APOE和TREM2为两种免疫方式共同上调的关键基因。

亮点 5｜主动与被动免疫共享APOE和TREM2上调

整合分析显示，主动和被动免疫均导致小胶质细胞中APOE和TREM2表达上调，且与AN1792抗体滴度正相关，与Aβ斑块负荷呈负相关趋势。此外，两种免疫方式均降低热休克蛋白基因表达和应激反应性小胶质细胞状态。然而，主动免疫特异性上调FAM107A和ATP5IF1，而被动免疫特异性上调CHI3L1和SPP1。高分辨率空间转录组证实，lecanemab治疗患者海马中Aβ斑块20μm内的小胶质细胞核高表达SPP1和APOE。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： 空间转录组、单细胞RNA测序、空间蛋白组学、Cell2Location、MAST、DESeq2
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 从事神经免疫、AD机制研究或空间转录组分析的科研人员。

带走一句

空间多组学整合可精准定位Aβ微环境中的细胞状态，揭示小胶质细胞APOE/TREM2轴是免疫清除Aβ的核心，为优化AD免疫治疗提供靶点。