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文献分享 | 脂质组助力免疫学研究-TREM2调节慢性脱髓鞘时小胶质细胞脂质代谢

分类:公司动态   发布时间 2020-11-19   阅读: 22

免疫细胞在人体内发挥各种不同的作用,它们互相协调从而维持人体内免疫系统的稳定。举例来说,免疫细胞中的巨噬细胞能吞噬各种异物、感染物及体内多余的物质,比如多余的脂质。近年来,有研究发现脂质对各种免疫细胞的发育分化,及其分型功能都具有重要作用。今天BIOTREE给大家分享一篇优质的脂质组学助力免疫学研究的文章。


代谢组学


小胶质细胞是一种中枢神经系统内固有的免疫效应细胞,在中枢神经系统中不断监测脑实质,以消除死亡细胞、功能失调的突触和其他细胞碎片。通常在疾病或衰老的刺激下小胶质细胞会由稳定态转变为激活状态进而发挥免疫作用。大规模的遗传学研究已经发现了在小胶质细胞中高表达的阿尔茨海默症风险相关基因的变异,因此小胶质细胞功能障碍很可能是阿尔茨海默病病因学的关键。

TREM2是一种单程跨膜免疫受体,选择性表达于小胶质细胞中。有研究报道TREM2的功能丧失会增加阿尔茨海默病的风险,TREM2能够感知脂质并介导髓鞘吞噬,但其在小胶质细胞脂质代谢中的作用尚不清楚。这篇文章就是想进一步研究TREM2到底对小胶质细胞的脂质代谢有什么影响。

01
TREM2的缺失会阻止慢性脱髓鞘诱导的小胶质细胞转录改变

首先通过转录组发现CPZ造模处理的TREM2+/+、TREM2+/-和TREM2-/-三种基因型小鼠的小胶质细胞转录水平的变化。

注:CPZ(双环己酮草酰二腙)处理常用于脱髓鞘造模,脱髓鞘进一步恶化可以发展成阿尔茨海默症

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图1 TREM2缺失对小胶质细胞转录水平的影响


图1A可以发现CPZ诱导会使TREM2+/+和TREM2+/-小胶质细胞的转录变化,而TREM2-/-小胶质细胞与未处理细胞聚集在一起。结合图1B与1C可以发现CPZ未处理情况下不同基因型小鼠之间几乎没太大差别,而CPZ处理后会使TREM2+/+和TREM2+/-基因型小鼠与对照组之间发生明显差别。图1D和1E中可以发现与溶酶体相关的基因、脂代谢相关在TREM2+/+和TREM2+/-基因型中显著上调,而TREM2-/-基因型中没有明显的变化。上述信息表明TREM2在溶酶体功能和脂质代谢中发挥作用。

02
单细胞转录组证实,TREM2缺失的细胞表现出向激活状态转变的衰减

接下来,为了进一步证实所有小胶质细胞转录水平整体上的改变是否在各个细胞中均匀的发生还是存在亚群分类,作者又对小胶质细胞进行了单细胞转录组检测。这些小胶质细胞被聚为8类(图2A),根据不同亚群细胞中基因的类型,作者找到了受到CPZ处理和基因型影响明显的4号簇和8号簇(图2B)。由图2D中可以看到Trem2+/+CPZ和Trem2+/-CPZ富集的第4类中,显著上调的标记基因是溶酶体基因(例如,Ctsb、Ctsd、Ctsz)和参与脂质代谢的基因(如Apoe、Lpl),显著下调的是与小胶质细胞保持稳定状态相关的P2ry12基因。在Trem2+/+对照组大量缺失Trem2–/–CPZ高度富集的8号簇中同样表现出了溶酶体和脂质代谢相关基因上调。这与前面小胶质细胞整理转录水平的结论是一致的。

为了进一步确定不同细胞簇是否和小胶质细胞的状态转变有关,作者又对状态转变相关基因进行表达,可以发现4号簇和8号簇中与DAM2(激活状态第二阶段)相关基因高度富集,表明Trem2+/+CPZ和Trem2+/-CPZ小胶质细胞对CPZ的反应表现出类似DAM 2的转变,而在Trem2–/–CPZ小胶质细胞中这种转变减弱。这说明在慢性脱髓鞘中,Trem2的缺失会影响小胶质细胞状态的转换。

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图2 不同分型小胶质细胞转录水平的差异

03
TREM2缺乏导致胆固醇酯(CE)在大脑中积聚

通过前期的转录组实验已经发现脂类代谢相关基因在野生型慢性脱髓鞘(而非Trem2缺失的小胶质细胞)中被强烈诱导。但是单纯基因上的变化很可能与样本具体的表型上无法对应,因此代谢组学的手段就是一个最好的工具,代谢组学作为更靠近于样本表象的技术手段已经成为很多高分文章中推进研究深入的关键一步。因此作者在这里进一步使用了代谢组学中脂质组学这一分支来确认小胶质细胞中的脂质是否发生了变化。

通过基于LC-MS的脂质组学手段作者发现处理前不同基因型小鼠前脑切片之间脂质含量无明显差别,CPZ处理12周之后,三种基因型中CE和oxCE(氧化胆固醇酯)含量均有不同程度上升,特别是是Trem2–/–型前脑样本中CE和oxCE的含量显著升高(图3C、3D)

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图3 TREM2缺失的慢性脱髓鞘模型小鼠脑部脂质的变化

04
TREM2缺乏导致孤立的小胶质细胞中CE积累

TREM2缺乏会使大脑中CE的积累,那么这些CE可能是脑中的吞噬细胞吞噬了富含胆固醇的髓鞘,再由ACAT将游离的胆固醇转变为CE存储在脂质滴中或者吞噬细胞无法正常吞噬髓鞘使得大量的CE积累在细胞间隙或脑脊液中。为了确认这一问题,作者进一步分类小胶质细胞、位于间隙的星形胶质细胞和脑脊液来进一步研究脂质的分布。由图4A、B、C可以发现与未经CPZ处理的基因型对照组相比,CPZ处理增加了所有基因型小胶质细胞中脂质种类的含量,但与Trem2+/+和Trem2+/-小胶质细胞相比,Trem2–/–小胶质细胞增加的更为显著,这与整个前脑中的表达现象是一致的。但是这样的变化在星形胶质细胞或者脑脊液中并未发现,星形胶质细胞或者脑脊液中并未发现脂质随着CPZ的处理或者基因型的改变发生变化。


图4  TREM2缺失的慢性脱髓鞘模型小鼠脑不同细胞中脂质的变化

最后作者为了进一步研究阐明TREM2所导致的脂质失调的机制变化,进行了体外实验,以期挖掘小胶质细胞中CE含量的上升是由于TREM2缺乏所导致的髓鞘吞噬作用增强还是CE代谢过程衰减,发现ACAT1抑制剂和LXR激动剂可在体外减少Trem2–/–细胞中CE的积聚,说明CE的积累更多是源于TREM2缺失后,CE在小胶质细胞中代谢受到影响所导致的。


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