Cell:分析384个大脑样本的350万个细胞,研究发现这些早期变化或成阿尔茨海默病发展“元凶”
来源:brainnews 2025-09-08 16:51
研究发现大脑区域中脆弱细胞的细胞核会经历“崩溃”事件,导致失去对基因表达开放或关闭的调控能力。另外,细胞还会产生一些表观遗传信息丢失现象,打乱原本的基因调控模式。
说到阿尔茨海默病(AD),大多数人可能会联想到它的疾病症状,例如认知、记忆功能衰退;又或者是一些病理特征,例如淀粉样蛋白累积、tau蛋白神经缠结。然而,在这些可观察或检测到的特征出现之前,大脑细胞中的基因表达已经悄然发生了改变。尽管大脑细胞的DNA序列几乎是终生不变的,但哪些基因被“打开”或“关闭”,却可以被环境和状态变化所调控。这种不改变DNA序列、却能影响基因表达的机制,也称作表观遗传调控。
近日,《细胞》杂志一项新研究在基因层面绘制了大脑细胞的复杂表达图谱。研究发现大脑区域中脆弱细胞的细胞核会经历“崩溃”事件,导致失去对基因表达开放或关闭的调控能力。另外,细胞还会产生一些表观遗传信息丢失现象,打乱原本的基因调控模式。
研究中,作者整合了来自111位捐赠者的384个大脑样本的分析数据。分析区域涵盖来自六个脑区的350万个细胞,其中包括内嗅皮层、海马体、前丘脑等重点关注脑区。
根据这一高分辨率基因图谱,研究团队在晚期AD样本中发现一种普遍现象:染色质区室化受损——本应处于压缩状态的异染色质区域出现开放;本应活跃的常染色质区域反而关闭。这些变化在AD发生后,最先出现损伤的内嗅皮层和海马体中最为明显。
进一步,作者引入“表观遗传信息”(epigenomic information)这一量化指标,用于判断开放染色质信号的富集程度。结果显示,所有细胞类型在晚期AD中均出现信息丢失,其中兴奋性神经元、少突胶质细胞和小胶质细胞最为严重。
▲研究示意图(图片来源:参考资料[1])
研究者指出,当表观基因组条件恶化时,会为许多与疾病相关的基因表达打开大门;而如果细胞能够保持其表观基因组秩序,它们就能控制住与疾病相关的基因。此外,研究人员发现当表观基因组崩溃发生时,大脑会逐渐丧失认知能力。
举例来说,APOE4基因被认为是AD发生的重大遗传风险因素。而在APOE4大脑样本中,小胶质细胞最初对疾病病理变化产生响应,表现出表观基因组信息的增加。这代表它们在努力阻止疾病症状的蔓延。但随着疾病进展,这些细胞的表观基因组信息开始急剧丢失,这是症状恶化和细胞变性的明显迹象。这种转变在拥有两个APOE4拷贝的个体中非常明显。
图片来源:123RF
另一个例子是表达RELN基因及其蛋白Reelin的神经元。在AD发生与发展中,内嗅皮层和海马体中表达RELN的神经元特别脆弱,但如果它们能够存活下来则有望帮助促进恢复认知能力。这项新研究发现,这些神经元随着疾病进展表现出严重的表观基因组信息丢失。但在保持认知恢复力的人中,这些神经元维持了表观基因组信息稳定。
新研究的这些发现表明,表观遗传信息稳定性不仅是AD病理进展的伴随现象,更是决定个体能否维持认知功能的关键因素。研究为后续AD干预策略研究提供了新方向,例如针对易损细胞亚型开发表观遗传保护疗法;或以表观遗传信息为生物标志物,开展早期诊断与疗效监测。
原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.031
Liu Z, Zhang S, James BT, Galani K, Mangan RJ, Fass SB, Liang C, Wagle MM, Boix CA, Tanigawa Y, Yun S, Sung Y, Xiong X, Sun N, Hou L, Wohlwend M, Qiu M, Han X, Xiong L, Preka E, Huang L, Li WF, Ho LL, Grayson A, Mantero J, Kozlenkov A, Mathys H, Chen T, Dracheva S, Bennett DA, Tsai LH, Kellis M. Single-cell multiregion epigenomic rewiring in Alzheimer's disease progression and cognitive resilience. Cell. 2025 Jul 29:S0092-8674(25)00733-0. doi: 10.1016/j.cell.2025.06.031. Epub ahead of print. PMID: 40752494.
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