大腦中存在著數(shù)量眾多的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，約占人類大腦細(xì)胞的 90%；不同類型的膠質(zhì)細(xì)胞在起源、組成、形態(tài)和解剖學(xué)上都是不同的，而且它們發(fā)揮著不同的功能。

 

 

 

 

小膠質(zhì)細(xì)胞是一類來源于卵黃囊的特化的巨噬細(xì)胞，可以吞噬并清除死亡細(xì)胞。作為大腦中的常駐免疫細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞約占腦細(xì)胞總數(shù)的 10-15%，形態(tài)多樣，呈致密圓形或分支狀。

 

阿爾茲海默癥 (Alzheimer's disease; AD) 的發(fā)展主要與 Aβ 蛋白的積累和 Tau 蛋白的過度纏結(jié)相關(guān)(見推文：阿爾茲海默癥——消逝的世界)，已有阿爾茨海默病小鼠模型的 TPM 分析 (一種實(shí)時(shí)深層組織成像技術(shù)) 結(jié)果顯示：小膠質(zhì)細(xì)胞活化并遷移至淀粉樣蛋白沉積區(qū)域，那么，小膠質(zhì)細(xì)胞在 AD 中究竟扮演怎樣的角色？

 

■ 關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞清除的體內(nèi)研究模型

CSF1R 是一種造血細(xì)胞的生長因子 (CSF1) 的受體，是單核吞噬細(xì)胞存活、分化、發(fā)育和趨化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，表達(dá)于全身的單核髓系細(xì)胞。

 

目前小膠質(zhì)細(xì)胞耗竭模型主要包括：CSF1R 缺陷小鼠模型；CD11b-HSVTK 轉(zhuǎn)基因小鼠模型，人類白喉毒素受體 (DTR) 轉(zhuǎn)基因小鼠 (CX3CR1cre^ER xDTR^ff) 模型，以及 CSF1R 抑制劑給藥導(dǎo)致的小鼠膠質(zhì)細(xì)胞消融。

 

白喉毒素受體 (DTR) 轉(zhuǎn)基因小鼠模型依賴于白喉毒素的給藥，不僅會(huì)誘發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴，且小膠質(zhì)清除維持時(shí)間較短。CD11b-HSVTK 模型需要更昔洛韋的腦室內(nèi)注射，以產(chǎn)生大量的小膠質(zhì)細(xì)胞耗竭，但易導(dǎo)致 BBB 損傷和骨髓毒性。CSF1R 抑制是目前僅能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)長期小膠質(zhì)細(xì)胞消除的可用方法。

 

■CSF1R 抑制劑 PLX5622 治療消除小膠質(zhì)細(xì)胞

在Sustained microglial depletion with CSF1R inhibitor impairs parenchymal plaque development in an Alzheimer’s disease model 一文中，作者團(tuán)隊(duì)基于已有的 CSF1R 抑制劑 PLX3397，合成和優(yōu)化出具有更好口服生物利用度和血腦屏障腦滲透性的 PLX5622，用于消除小鼠腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞，并在 6 個(gè)月持續(xù)治療時(shí)間內(nèi)保持了小膠質(zhì)細(xì)胞的缺失。

隨著小膠質(zhì)細(xì)胞的消除，作者團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了這些細(xì)胞在 AD 進(jìn)程中，影響斑塊形成和生長，并調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)元基因表達(dá)以響應(yīng) Aβ 病理進(jìn)程。

 

作者團(tuán)隊(duì)選擇了 5xFAD 小鼠作為 AD 模型，5xFAD 小鼠在 3 個(gè)月大時(shí)開始表現(xiàn)出斑塊病理，與野生型小鼠相比，4 個(gè)月和 7 個(gè)月大時(shí)小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞 (IBA1⁺作為標(biāo)記物) 數(shù)量顯著增加，并且在整個(gè)大腦中可見大量增大的斑塊相關(guān)細(xì)胞 (圖 2C, 綠色熒光)。小鼠在 1.5 個(gè)月大時(shí)開始用 PLX5622 (1200 ppm) 或?qū)φ诊嬍尺B續(xù)治療 10-24 周。PLX5622 治療幾乎完全消除小膠質(zhì)細(xì)胞 (減少 97-100%；圖 2B 量化)。

并且野生型小鼠中，24 周的小膠質(zhì)細(xì)胞清除并沒有對(duì)動(dòng)物行為產(chǎn)生任何可測(cè)量的負(fù)面影響，包括焦慮測(cè)試 (高架十字迷宮) 和運(yùn)動(dòng)性能測(cè)試。 

 
■消除小膠質(zhì)細(xì)胞損害斑塊形成
接下來作者團(tuán)隊(duì)開始確定小膠質(zhì)細(xì)胞消除對(duì) AD 病理學(xué)的影響。
無論是野生型還是 5xFAD 小鼠，CSF1R 抑制劑 PLX5622 治療 10 周均可消除了皮質(zhì)中 >99% 的小膠質(zhì)細(xì)胞（圖 3A)，但一小部分細(xì)胞保留在丘腦中 (圖 3C-E)。在沒有小膠質(zhì)細(xì)胞的情況下，皮質(zhì)區(qū)域內(nèi)明顯缺乏致密核心斑塊，但在存在小膠質(zhì)細(xì)胞的丘腦區(qū)域，致密核心斑塊表達(dá)明顯上調(diào)，這表明小膠質(zhì)細(xì)胞有助于 5xFAD 小鼠大腦中的斑塊生長。

圖 3. 小膠質(zhì)細(xì)胞的清除伴隨 5xFAD 小鼠的致密斑塊的消失^[3]

A-B. 喂食 10 周 或者24 周后，皮質(zhì)層丘腦區(qū)域的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目于致密斑塊數(shù)目的變化 C-D. AB 圖丘腦區(qū)域細(xì)胞數(shù)目變化的放大圖

 
以上結(jié)果表明小膠質(zhì)細(xì)胞的增殖是 AD 疾病進(jìn)展的主要因素。使用 CSF1R 抑制劑 PLX5622 抑制小膠質(zhì)細(xì)胞增殖，改善淀粉樣蛋白積累。

■疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞 (DAM) 與 AD 發(fā)展

今年 2021 年發(fā)表于Cell Report 的 Replicative senescence dictates the emergence of disease-associated microglia and contributes to Aβ pathology 一文表明：AD 模型中，早期持續(xù)性的小膠質(zhì)細(xì)胞增殖會(huì)促進(jìn)其復(fù)制性衰老，并且，在疾病中進(jìn)入早期增殖的小膠質(zhì)細(xì)胞經(jīng)歷了未知機(jī)制會(huì)轉(zhuǎn)化為疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞 (disease-associated microglia; DAM)，這種細(xì)胞是存在于多種腦部疾病中的關(guān)鍵小膠質(zhì)細(xì)胞亞群。 

 

該研究中作者團(tuán)隊(duì)選擇了APP/PS1 模型作為 AD 樣病理模型小鼠，如圖 4A，APP/PS1 小鼠的 IBA1⁺ 細(xì)胞的數(shù)量從 4 個(gè)月時(shí)的開始增加，到 12 個(gè)月大時(shí)發(fā)生明顯變化。DAM 的出現(xiàn)也是一個(gè)早期事件 (CLEC7A⁺, CD11C⁺ 和 MHCII⁺為 DAM 標(biāo)志物)，且與 Aβ 斑塊 (Congo Red 染色) 積累密切相關(guān) (4C)。 

 

 

圖 4. APP/PS1 模型小鼠的 DAM 的變化^[4]

A. 不同年齡的 APP/PS1 模型小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目的變化 B. IBA 與 MHCII CD11C 的熒光共定位 C. DAM 的表達(dá)增多伴隨致密斑塊數(shù)目的增多

 

 

■抑制早期小膠質(zhì)細(xì)胞增殖可防止小膠質(zhì)細(xì)胞衰老并改善淀粉樣蛋白相關(guān)病理

上圖表明 DAM 與 AD 發(fā)展的病理學(xué)相關(guān)。為研究是否可以通過從一開始就限制小膠質(zhì)細(xì)胞增殖來改善不利影響，作者團(tuán)隊(duì)使用 CSF1R 抑制劑 GW2580 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

 

如圖所示，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞增殖阻止了小膠質(zhì)細(xì)胞衰老的發(fā)生，IBA1⁺和 βgal⁺細(xì)胞密度和頻率降低圖 5B)。GW2580 還阻止了 DAM 的增加 (CLEC7A⁺、CD11C⁺或 MHCII⁺細(xì)胞)(圖 5C)。并且值得注意的是: 在 APP/PS1 模型中，GW2580 還阻止小膠質(zhì)細(xì)胞增殖轉(zhuǎn)化為 DAM，顯著降低 Aβ 斑塊密度，顯著預(yù)防了淀粉樣蛋白病理。

 

圖5. APP/PS1 模型小鼠中小膠質(zhì)細(xì)胞增殖降低后 DAM 的變化^[4]

A-B. GW2580 給藥后， 阻止了模型小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞的衰老（βgal為活性標(biāo)記物）與增殖。C. GW2580 給藥，降低了 DAM 的產(chǎn)生 D. GW2580 降低了致密斑塊數(shù)目

 

 

 
 
AD 是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì) Aβ 的初始積累、tau 病理學(xué)開始的神經(jīng)變性模型具有非常快速的增殖反應(yīng)。
 

CSF1R 抑制劑 PLX5622 可作為長期小膠質(zhì)細(xì)胞消除的有效工具。PLX5622 對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的具有高度選擇性，與其他方法相比，它誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞消除采取了非侵入性給藥途徑，且獨(dú)立于藥理學(xué)驅(qū)動(dòng)因素，如更昔洛韋等，避免了炎癥反應(yīng)。

 

在 AD 進(jìn)程中，減少早期小膠質(zhì)細(xì)胞增殖可減弱細(xì)胞衰老和疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞 (DAM) 的發(fā)展，并損害 Aβ 的積累，以及減少相關(guān)的神經(jīng)炎和突觸損傷。通過對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的研究，有助于發(fā)現(xiàn) AD 疾病發(fā)展的新機(jī)制，為 AD 治療提供更多的可能性。

 

相關(guān)產(chǎn)品

PLX5622 PLX5622 是具有口服活性的 CSF1R 抑制劑，可用于特異性消除小膠質(zhì)細(xì)胞。

Pexidartinib Pexidartinib (PLX-3397) 是具有口服活性的 CSF1R 和 c-Kit 抑制劑，具有抗腫瘤活性，也可用于特異性消除小膠質(zhì)細(xì)胞。

抗阿爾茨海默病化合物庫 收錄了 800+ 種具有抗阿爾茲海默病活性的化合物及靶向阿爾茲海默病主要靶點(diǎn)的化合物。

抗帕金森病化合物庫 收錄了 800+ 種具有抗帕金森病活性的化合物及靶向帕金森病主要靶點(diǎn)的化合物。

神經(jīng)退行性疾病化合物庫 收錄了 1300+ 種具有抗神經(jīng)退行性活性的化合物及靶向神經(jīng)退行性疾病主要靶點(diǎn)的化合物。

MCE 的所有產(chǎn)品僅用作科學(xué)研究或藥證申報(bào)，我們不為任何個(gè)人用途提供產(chǎn)品和服務(wù)。

 

 

 

參考文獻(xiàn)

1. He F, Sun YE. Glial cells more than support cells? Int J Biochem Cell Biol. 2007; 39(4):661-5.

2. Sofroniew MV, Vinters HV, et al. Astrocytes: biology and pathology. Acta Neuropathol. 2010 Jan;119(1):7-35.
3. Elizabeth Spangenberg, Paul L Severson, Lindsay A Hohsfield, Joshua Crapser, Kim N. Green, et al. Sustained microglial depletion with CSF1R inhibitor impairs parenchymal plaque development in an Alzheimer's disease model. Nat Commun. 2019 Aug 21; 10(1):3758. 
4. Yanling Hu, Gemma L Fryatt, Mark S Cragg, Diego Gomez-Nicola, et al. Replicative senescence dictates the emergence of disease-associated microglia and contributes to Aβ pathology. Cell Rep. 2021 Jun 8;35(10):109228.