研究結(jié)果在單細(xì)胞水平上提供了可以通過運(yùn)動恢復(fù)的關(guān)鍵AD失調(diào)基因，為未來AD治療藥物靶點(diǎn)的開發(fā)提供了新的起點(diǎn)。

運(yùn)動具有強(qiáng)大的保護(hù)能力，肌肉、代謝，甚至神經(jīng)系統(tǒng)都包含在內(nèi)，對于最常見的癡呆癥類型——阿爾茨海默病（AD）來說，運(yùn)動也已經(jīng)被證實(shí)具有預(yù)防和改善作用。

人群研究顯示，較多的運(yùn)動與較低的AD風(fēng)險有關(guān)，以及可以增強(qiáng)老年人的認(rèn)知功能，延緩AD相關(guān)認(rèn)知衰退。在小鼠模型中，運(yùn)動減輕了淀粉樣蛋白斑塊負(fù)荷和神經(jīng)炎癥，一定程度上恢復(fù)了海馬神經(jīng)發(fā)生。不過，想要更好地利用運(yùn)動的神經(jīng)保護(hù)作用開發(fā)對抗AD的創(chuàng)新療法，還需要更深入地了解其在單細(xì)胞水平上帶來的分子變化。

在最近的《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志上，來自麻省總醫(yī)院McCance腦健康中心的研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)表了AD小鼠運(yùn)動后，海馬齒狀回中神經(jīng)源性干細(xì)胞單核RNA測序的結(jié)果[1]。

他們發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動以細(xì)胞類型特異性方式恢復(fù)了一部分AD相關(guān)失調(diào)基因的轉(zhuǎn)錄，確定了一個在AD中減少的神經(jīng)血管相關(guān)星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群，能夠在運(yùn)動的誘導(dǎo)下增加。此外，運(yùn)動還增強(qiáng)了疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞的基因表達(dá)譜。在運(yùn)動后恢復(fù)轉(zhuǎn)錄的失調(diào)基因中，比例最高的是少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞。

研究人員選擇了7月齡的雄性APP/PS1小鼠和野生型小鼠，安排它們自由地在滾動跑輪中跑動，共60天，根據(jù)AD和運(yùn)動狀態(tài)將小鼠分為4組：野生型-久坐、野生型-運(yùn)動、AD-久坐和AD-運(yùn)動。隨后對小鼠進(jìn)行認(rèn)知行為測試，并在10月齡時進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析。

毫無疑問，AD小鼠的認(rèn)知行為測試表現(xiàn)較差，與它們的齒狀回和成年海馬神經(jīng)發(fā)生的缺陷相一致，而運(yùn)動顯著改善了AD小鼠的表現(xiàn)。

對齒狀回的單細(xì)胞RNA測序鑒定出了11種主要的腦細(xì)胞類型，其中6種是神經(jīng)元，5種是非神經(jīng)元。重要的是，除了成熟的神經(jīng)元，如成熟顆粒細(xì)胞，中間神經(jīng)元和Cajal-Retzius細(xì)胞外，研究人員還捕獲了不同階段的神經(jīng)發(fā)生，包括I型和II型神經(jīng)母細(xì)胞和未成熟神經(jīng)元。運(yùn)動對整體的細(xì)胞組成沒有顯著影響，只有少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞發(fā)生顯著變化。

研究人員在野生型和AD小鼠的未成熟神經(jīng)元和成熟顆粒細(xì)胞中識別出大量的驅(qū)動基因，并且超過75%的運(yùn)動誘導(dǎo)的驅(qū)動基因在兩種小鼠中存在差異，也觀察到許多在AD中失調(diào)的通路在運(yùn)動后得到部分恢復(fù)，例如神經(jīng)發(fā)生連接。

他們重點(diǎn)研究了運(yùn)動對成年海馬神經(jīng)發(fā)生的增強(qiáng)，利用標(biāo)記基因，分別識別出了I型和II型神經(jīng)母細(xì)胞、未成熟神經(jīng)元和成熟顆粒細(xì)胞，沒有識別出較為罕見的成年海馬神經(jīng)發(fā)生早期的細(xì)胞。在I型和II型神經(jīng)母細(xì)胞以及未成熟神經(jīng)元中，分別有11、4和454個基因在AD中顯著失調(diào)，其中4、2和213個基因通過運(yùn)動恢復(fù)。

在重要的運(yùn)動恢復(fù)失調(diào)基因中，研究人員發(fā)現(xiàn)，Atpif1是成年海馬神經(jīng)發(fā)生的重要調(diào)控因子，在初級成年神經(jīng)干細(xì)胞和祖細(xì)胞中敲低時減少了細(xì)胞增殖和神經(jīng)分化，降低了細(xì)胞存活率。

在受到運(yùn)動調(diào)節(jié)的細(xì)胞類型中，小膠質(zhì)細(xì)胞的156個AD失調(diào)基因中有9個在運(yùn)動后恢復(fù)。在一個人類大腦頂葉皮層單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)庫中，研究發(fā)現(xiàn)的AD失調(diào)基因中有15個在常染色體顯性遺傳性AD（ADAD）患者中也顯著失調(diào)，還有1個在散發(fā)性AD患者中失調(diào)。

疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞通過TREM2促進(jìn)對淀粉樣蛋白斑塊的吞噬，從而減緩AD進(jìn)展，研究人員也發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動上調(diào)了已知的疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記基因的表達(dá)。

星形膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中主要穩(wěn)態(tài)細(xì)胞，AD中，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增加。在193個AD失調(diào)基因中，有48個在運(yùn)動后恢復(fù)。在AD患者中，也發(fā)現(xiàn)了18個AD失調(diào)基因中的4個得到恢復(fù)。

研究人員發(fā)現(xiàn)了一個特殊的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群，以鈣黏蛋白-4（CDH4）為標(biāo)志。

星形膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)與功能密切相關(guān)，CDH4高表達(dá)的星形膠質(zhì)細(xì)胞相比低表達(dá)的，具有更大的覆蓋范圍，支持其神經(jīng)保護(hù)作用，它們距血腦屏障的距離也更近，表明可能在神經(jīng)血管耦合中起到潛在作用。對這一亞群的功能富集分析也顯示出神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)支持相關(guān)功能的高富集。因此，研究人員將它們命名為神經(jīng)血管星形膠質(zhì)細(xì)胞。

在ADAD患者中，CDH4高表達(dá)的星形膠質(zhì)細(xì)胞水平也有所下降，并在攜帶rs1582763-A等位基因的人群中增加，該等位基因與AD風(fēng)險降低及更高的腦脊液TREM2水平有關(guān)。

少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系在AD病理中是新興的細(xì)胞類型，此前研究也發(fā)現(xiàn)了疾病相關(guān)少突膠質(zhì)細(xì)胞。已知運(yùn)動可以增強(qiáng)少突膠質(zhì)細(xì)胞的生成。此次，研究人員發(fā)現(xiàn)，在少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞中，運(yùn)動對AD失調(diào)基因的轉(zhuǎn)錄修復(fù)效果最顯著，39個中有25個得到修復(fù)，占比64%。少突膠質(zhì)細(xì)胞中的152個失調(diào)基因中也有61個得到修復(fù)。

針對這些發(fā)現(xiàn)，研究人員指出，在分子水平上理解運(yùn)動對神經(jīng)的保護(hù)作用是開發(fā)AD疾病修飾療法的重要一步。研究結(jié)果在單細(xì)胞水平上提供了可以通過運(yùn)動恢復(fù)的關(guān)鍵AD失調(diào)基因，為未來AD治療藥物靶點(diǎn)的開發(fā)提供了新的起點(diǎn)。