阿尔茨海默病保护性CLU等位基因通过脂滴介导的神经元-胶质细胞通讯调控神经元兴奋性

时间：2025年5月4日

来源：Molecular Neurodegeneration

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为解决阿尔茨海默病(AD)风险基因CLU的致病机制不明问题，研究人员通过CRISPR-Cas9编辑和iPSC分化模型，发现保护性等位基因rs1532278(T)通过增强ISL2转录因子结合上调神经元CLU表达，促进神经元兴奋性及神经元-胶质细胞脂质转移，导致星形胶质细胞脂滴(LD)积累和ROS调控的谷氨酸摄取抑制，揭示了CLU通过脂代谢介导神经保护的新机制。

阿尔茨海默病(AD)作为最常见的神经退行性疾病，其发病机制复杂且治疗手段有限。全基因组关联研究(GWAS)已鉴定出超过75个AD风险位点，其中CLU(Clusterin)基因座是重要的风险位点之一。与众所周知的APOEε4等位基因不同，CLU的致病机制尚不明确，特别是非编码区风险变异的功能解析存在挑战。CLU编码的载脂蛋白APOJ在脑内广泛表达，既往研究多聚焦于其在星形胶质细胞中的作用，而神经元CLU的生理功能及其与AD的关联仍是未解之谜。

为攻克这一难题，美国Endeavor Health精神病遗传学中心Xiaojie Zhao领衔的研究团队，通过整合多组学分析和基因编辑技术，揭示了CLU基因座中功能性非编码变异rs1532278的神经保护机制。该研究创新性地将等位特异性开放染色质(ASoC)映射与诱导多能干细胞(iPSC)分化模型相结合，发现保护性T等位基因通过增强神经元特异性转录因子ISL2结合，上调CLU表达并促进神经元-胶质细胞脂质转移，最终通过调节星形胶质细胞功能维持神经元兴奋性。这项突破性成果发表于《Molecular Neurodegeneration》，为AD的精准防治提供了新靶点。

研究团队运用了以下关键技术：1) 基于ATAC-seq的ASoC分析鉴定神经元特异性功能变异；2) CRISPR-Cas9编辑构建rs1532278等位基因特异性iPSC系；3) iPSC分化为谷氨酸能神经元(iGlut)并与小鼠原代星形胶质细胞(mAst)共培养系统；4) 多电极阵列(MEA)和钙成像检测神经元电活动；5) 脂质转移实验和脂滴(LD)可视化分析。

AD保护性rs1532278等位基因通过增强ISL2结合上调神经元CLU表达
通过系统分析iPSC分化的多种脑细胞ATAC-seq数据，发现rs1532278是唯一在兴奋性神经元(iGlut)中呈现显著ASoC的AD风险SNP。CRISPR编辑构建的T/T纯合iPSC系显示，保护性T等位基因通过增强ISL2转录因子结合，使神经元CLU mRNA表达提升40-50%，分泌型CLU(sCLU)蛋白水平显著增加，而相邻基因SCARA3表达不受影响。值得注意的是，该调控效应具有神经元特异性，在星形胶质细胞(iAst)中未观察到类似变化。

神经元CLU增强突触成熟度和神经元兴奋性
携带保护性T等位基因的iGlut表现出更复杂的树突分支和突触小泡蛋白(SYP)表达增加。多电极阵列分析显示，T/T神经元具有更高的加权平均放电率和网络同步性，钙成像证实其动作电位发放频率显著提升。通过删除rs1532278侧翼的开放染色质区域(OCR-del)或AAV介导的CLU回补实验，证实CLU表达水平与神经元兴奋性呈正相关。

神经元CLU促进神经元-胶质细胞脂质转移
意外发现高表达CLU的T/T神经元内脂滴(LD)减少，而共培养的mAst中LD显著积累。使用荧光标记脂肪酸(Red C12)的转移实验证实，神经元CLU促进脂质向星形胶质细胞转运。免疫荧光显示AAV表达的Flag标记CLU能与mAst中LD共定位，首次证明神经元源性CLU可作为脂质转运载体。

星形胶质细胞LD积累通过ROS调控谷氨酸摄取
转录组分析揭示T/T神经元中胆固醇合成通路(HMGCR等)上调，而共培养mAst中脂肪酸β-氧化(ACSBG1等)和谷胱甘肽代谢通路激活。功能实验显示LD丰富的mAst产生更多酮体(β-羟基丁酸)和乳酸，但伴随ROS水平升高。转孔实验证实ROS介导了mAst谷氨酸摄取功能抑制，而CLU免疫去除可逆转该效应。

这项研究首次建立了AD遗传风险变异→神经元表观调控→CLU表达→脂代谢重编程→神经元-胶质细胞互作的完整机制链条。创新性发现包括：1) 鉴定rs1532278为神经元特异性功能变异，解析其通过ISL2调控CLU表达的分子机制；2) 揭示神经元CLU通过促进脂质转移维持神经元兴奋性的新功能；3) 阐明星形胶质细胞LD积累通过ROS-谷氨酸轴调控神经活动的跨细胞机制。这些发现不仅为AD的精准分型提供了遗传标记，也为开发靶向神经元-胶质细胞代谢偶联的治疗策略奠定了理论基础。

特别值得注意的是，该研究揭示了AD保护性机制与病理过程的微妙平衡——适度升高的ROS虽通常被视为有害因素，但在CLU介导的神经保护中却通过调节谷氨酸稳态发挥积极作用。这种"生理性应激"概念的提出，为理解神经退行性疾病的发病机制提供了新视角。未来研究可进一步探索CLU不同亚型在亚细胞定位中的功能差异，以及APOE与CLU在脂质代谢中的协同作用，为AD的联合干预提供科学依据。