《自然》子刊：分析了4萬人基因數據，科學家發現延緩阿爾茲海默病發生的重要基因！

上周，由華盛頓大學Kuan-lin Huang博士和西奈山伊坎醫學院Edoardo Marcora博士領銜的一項關於阿爾茲海默病（Alzheimer s disease，AD）的重磅研究刊登在了著名期刊《自然神經學》上[1]。

Huang博士和Marcora博士從基因組層面，給4萬多人做了生存分析（survival analysis，一種研究個體存活概率與時間之間的關係的分析方法），發現一個叫做PU.1 蛋白的低表達，竟然可以延緩AD的發病時間。

這就厲害了！

要知道，僅在1998到2015年之間，各大葯企共推出了123種治療AD的藥物[2]，其中僅有三種藥物加一種聯合治療方案先後獲得FDA的上市批准。然而，無一例外的是，這123種藥物沒有一種能夠治癒AD，甚至連延緩疾病進程都做不到。即使是獲得FDA批准的治療方案，也僅起到緩解部分癥狀的作用。（詳見老年痴呆症特效藥終於要出現了！真是一部科學和資本的血淚傳奇 | 奇點實力派）

Kuan-lin Huang博士

波士頓布列根和婦女醫院的Oleg Butovsky教授對這項研究給予了高度的評價：「這項研究的最大興奮之處在於，PU.1可以調節與AD有關的多種基因！」[3]

目前，科學家們已經通過全基因組關聯研究（GWAS），確定了多個與AD風險相關的基因座[4,5]。其中有一些基因與AD的發病年齡有關，如載脂蛋白E（ApoE）基因。但是，由於他們採用的都是AD患者的基因組數據，對於大多數基因座，科學家們還不知道哪種基因會增加或降低AD的風險，這些基因與AD發病之間的確切關係還有待研究。

為了回答這些問題，研究人員從國際阿爾茨海默病基因項目組（IGAP）聯盟中，獲得了14406份AD基因組數據和25849份無病對照基因組數據，分析了800多萬個單核苷酸多態性（SNPs，基因組DNA序列中由於單個核苷酸的突變而引起的多態性）。

他們試圖找出這些SNPs與AD發病年齡之間的任何關聯。之所以要測試這麼多無病對照基因組數據，研究人員是希望能夠找到AD的保護性基因，因為無病的人群中相關的保護性基因可能會增加。

功夫不負有心人，他們找到了22個與AD相關的基因座，包括8個已有報道的AD風險相關基因座、14個新發現的與AD發病年齡相關的基因座。

22個與AD相關的基因座，包括已有報道的8個和新發現的14個

為了進一步驗證這22個基因座與AD發病年齡之間的關係，研究人員把這22個基因座與腦脊液中β-澱粉樣蛋白、tau蛋白的相關性進行比較。他們發現了有趣的現象：除了靠近ApoE基因的SNP與β-澱粉樣蛋白、tau蛋白相關性較高外，另外的21個基因座中，只有位於SPI1基因座的SNP（rs1057233）與β-澱粉樣蛋白有顯著的相關性。

在先前的研究中，科學家們已經證實SPI1 的功能是編碼一種調節蛋白PU.1，PU.1與骨髓細胞增殖與分化相關[6,7]。這不禁讓研究人員陷入了沉思，AD這種發生在大腦中的疾病，跟骨髓細胞能有什麼關係呢？

本文的通訊作者，來自西奈山伊坎醫學院的Alison Goate教授指出，已經有研究表明骨髓細胞的一員，單核細胞（可以分化成巨噬細胞，而腦部的巨噬細胞有一個特殊的名字，叫小膠質細胞）有很多AD風險相關基因的表達[8]。因此，或許可以把眼光放寬一些，除了腦細胞，還應該從別的細胞中找到與AD風險相關的基因表達差異。

Alison Goate教授

姜果然是老的辣！研究人員分析了220個細胞類型中AD風險相關基因的表達差異。結果令人瞠目結舌：與其他細胞相比，AD風險相關基因主要在骨髓細胞中表達！

那麼在骨髓細胞中，rs1057233與其他基因表達之間又有怎樣的關係呢？研究人員採用兩種骨髓細胞——單核細胞和巨噬細胞，共計1331個樣本，進行了深度分析。他們發現：rs1057233與單核細胞和巨噬細胞中SPI1的表達下調有關，並且與另外3個AD年齡相關基因座的表達變化也有相關性。

於是，研究人員專門對SPI1基因座進行了深度分析。他們搜索了AD相關基因中PU.1蛋白的結合位點，結果令人難以置信：在腦部的巨噬細胞，即小膠質細胞中，有75個AD相關基因的表達，其中有60個基因包含了PU.1蛋白的結合位點！這就意味著這些基因的表達是受PU.1蛋白調節的。更重要的是，一些與AD年齡相關的基因座也包含PU.1蛋白的結合位點！

為了證實這一猜想，研究人員降低了小膠質細胞中PU.1蛋白的表達量，觀察小膠質細胞的變化，測定與其功能相關的基因表達變化，並且測定了小膠質細胞中與AD發病相關的基因表達量。結果發現：小膠質細胞的吞噬功能減弱了，與其吞噬功能相關的基因表達下調了。更重要的是，與AD發病年齡相關的基因表達也下調了！這就意味著降低PU.1蛋白的含量，能延緩AD的發生。

如此看來，PU.1蛋白真的能夠調控許多AD相關基因的表達，這讓研究人員興奮不已。雖然PU.1蛋白調控的基因太多，本身不能成為治療AD的靶點，但是繼續研究它在小膠質細胞和AD發病機制中的作用，順藤摸瓜，就很有希望在它調控的下游基因中找到AD治療的關鍵靶點！

接下來的工作中，Goate教授將利用AD小鼠模型，通過基因改造，讓小鼠體內的小膠質細胞中的SPI1基因表達減少，並測定它對炎症、損傷反應和澱粉樣蛋白沉積的影響。她還將分析PU.1蛋白對全基因表達的影響。相信，後續的研究將會給AD的防治帶來更多驚喜！期待未來的某一天，AD的預防和治癒成為現實！

參考資料：

[1] Huang K-l, Marcora E, Pimenova AA, Di Narzo AF, Kapoor M, et al. 2017. A common haplotype lowers PU.1 expression in myeloid cells and delays onset of Alzheimer s disease. Nat Neurosci advance online publication

[2]Movement AsI. 2015. Researching Alzheimer s Medicines： Setbacks and Stepping Stones Summer 2015. PhMRA

[3]http://www.alzforum.org/news/research-news/microglial-master-regulator-tunes-ad-risk-gene-expression-age-onset

[4]Lambert J C, Ibrahim-Verbaas C A, Harold D, et al. Meta-analysis of 74,046 individuals identifies 11 new susceptibility loci for Alzheimer s disease[J]. Nature genetics, 2013, 45(12): 1452-1458.

[5]Naj A C, Jun G, Beecham G W, et al. Common variants at MS4A4/MS4A6E, CD2AP, CD33 and EPHA1 are associated with late-onset Alzheimer s disease[J]. Nature genetics, 2011, 43(5): 436-441.

[6] Beers D R, Henkel J S, Xiao Q, et al. Wild-type microglia extend survival in PU. 1 knockout mice with familial amyotrophic lateral sclerosis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2006, 103(43): 16021-16026.

[7] McKercher S R, Torbett B E, Anderson K L, et al. Targeted disruption of the PU. 1 gene results in multiple hematopoietic abnormalities[J]. The EMBO journal, 1996, 15(20): 5647.

[8] Raj T, Rothamel K, Mostafavi S, et al. Polarization of the effects of autoimmune and neurodegenerative risk alleles in leukocytes[J]. Science, 2014, 344(6183): 519-523.

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！