大家好,3月27日,在《Nature Neuroscience》杂志上发表的一项题为“TREM1 disrupts myeloid bioenergetics and cognitive function in aging and Alzheimer disease mouse models”研究中,斯坦福大学神经免疫学家Katrin Andreasson和一个跨学科团队深入研究了TREM1在阿尔茨海默病和衰老过程中的作用。
01
研究背景
人类遗传学表明,晚发性、年龄相关性阿尔茨海默病 (AD) 的发展与髓系反应有缺陷有关。衰老的特征是髓系代谢下降,引发适应不良的神经毒性免疫反应。TREM1 是促炎性髓系反应的放大器,在这里我们发现 Trem1 缺陷可防止髓系代谢、炎症和海马记忆功能的年龄依赖性变化。rem1 缺乏可挽救与年龄相关的核糖-5P 下降,核糖-5P 是一种糖酵解中间体,也是嘌呤、嘧啶和 NAD 生物合成的前体。
在体外,Trem1缺陷的小胶质细胞对淀粉样蛋白-ß诱导的生物能量变化具有抵抗力+42低聚物(Aß42),建议 Aß42刺激通过 TREM1 破坏稳态小胶质细胞代谢和免疫功能。在淀粉样蛋白积累的 5XFAD 模型中,Trem1 单倍体功能不全可防止空间记忆丧失,保留稳态小胶质细胞形态,并减少神经炎营养不良,与淀粉样蛋白积累或疾病相关小胶质细胞转录组特征的变化无关。
在老龄化中应用程序瑞小鼠,Trem1缺陷可恢复突触线粒体功能和脑葡萄糖摄取,并防止海马记忆力下降。在死后人脑中,小胶质细胞 TREM1 表达随着临床和神经病理学严重程度的增加而增加。因此,TREM1介导的外周和大脑髓系代谢破坏促进了衰老和淀粉样蛋白积累的认知能力下降,这是AD发展的两个主要危险因素。
见图一
TREM1 缺乏可防止与年龄相关的炎症和记忆力下降。
图一
a. 在基础条件下,骨髓细胞上的 TREM1 表达较低,但在 PAMP 或 DAMP 的刺激下,TREM1 与先天免疫受体协同作用以放大促炎反应。其功能对应物 TREM2 具有抗炎作用,可促进吞噬作用和细胞存活。
b.年轻(3 个月)和老年(13-17 个月)小鼠中血液、脾脏和脑 CD45CD11b 髓样细胞中 TREM1 表面表达百分比。学生的 t 检验,单尾,* P < 0.05(每组 n=6-8 只雄性和雌性小鼠)。
c.来自年轻(3个月)和年龄(18.5个月)WT和Trem1-/-小鼠的血浆免疫因子的多分析物定量。具有Tukey事后检验的双因素方差分析,* P < 0.05,** P < 0.01(每组 n=3-8 只雄性小鼠)。
d. Ly6C 中抗炎 CD71 和促炎 MHCII 和 CD86 的流式细胞分析你好和 Ly6C瞧腹膜 M<λ,其中 Ly6C瞧和 Ly6C你好M<λ 分别对应于促炎和抗炎 M<λ,来自年轻的 2 个月 WT 和 22-23 个月 WT 和震颤1-/-小 鼠。具有事后 Tukey 多重比较的 2 因素方差分析。* P < 0.05,** P < 0.01,*** P < 0.001,**** P < 0.0001(每组 n=3-5 只雄性小鼠)。
e.在年轻野生型 (2 mo) 和老年 WT (25 mo) 的皮质裂解物中,通过单因素方差分析对显着调节的免疫因子进行无监督分层聚类,以及震颤1-/-(23.5 个月)小鼠。聚类分析分离老化震颤1-/-小鼠与年轻的WT小鼠(每组n = 5-6雄性小鼠)。
f.新对象识别 (NOR) 任务的过程。小鼠首先习惯于测试竞技场。在训练阶段,小鼠被允许自由探索两个相同的物体。在测试阶段,一个对象被替换为一个新对象。
g.年轻WT(5个月),年龄WT(18个月)和年龄Trem1-/-(18个月)小鼠NOR任务的鉴别指数;配对双尾 t 检验(训练与测试),***P < 0.001(n = 每组 6-8 只雄性和雌性小鼠)。
h.巴恩斯迷宫最终训练试验的代表性运动轨迹,显示了 Trem1 缺失的救援效果。逃生孔标有绿色箭头。
i. 在巴恩斯迷宫中逃避延迟。2 向重复测量 (RM) 方差分析显示训练与小鼠基因型之间存在显着的交互作用(双向 RM 方差分析交互作用 F(6,120) = 7.38, P < 0.0001);Tukey的事后检验***P<0.001,****P<0.0001(每组n=13-16只雄性和雌性小鼠)。
见图二
TREM1在衰老过程中在外周巨噬细胞中被激活。
图二
a 一个。年龄(18 - 20 个月)与年轻(3 个月)CD45 的 DEG 的火山图低CD11b 小胶质细胞与 -log+10(P) > 1 FDR 调整和对数2折叠变化> 1.每个年龄 n=3 个流式分类的小胶质细胞样本(一个样本来自 2 只雄性小鼠)。
b.具有-log的老年Trem1-/-与老年WT小胶质细胞的DEGs的火山图10(P) FDR 和对数后> 1.252折叠变化> 1.每个基因型 n=3 个小胶质细胞样本(每个样本从 2 只雄性小鼠合并)。
c.来自年轻WT(2个月),年龄WT(25个月)和年龄Trem1-/-(25个月)小鼠腹膜M<λ的DEGs的无监督分层聚类。老年 Trem1-/- 巨噬细胞转录组特征类似于年轻 WT 巨噬细胞的特征。量表表示 FPKM 的 z 分数值(每组 n=3-4 只雄性小鼠)。
d.细胞因子和趋化因子DEGs的热图(无监督分层聚类)(q < 0.05)。老震颤1-/-小鼠簇拥年轻的WT小鼠。量表表示 FPKM 的 z 分数值(每组 n=3-4 只小鼠)。
e.小鼠 MitoCarta3.0 基因列表中 DEG 的通路富集分析显示老年巨噬细胞中 Trem1 缺失的相互通路调控。比例表示 Log(p) x 倍富集 (FE)。
f.SeaHorse 对年轻 (4.5 个月) 和年龄 (22-23 个月) 野生型 (WT) 的代表性耗氧率 (OCR) 痕迹震颤1-/-腹膜 M<λ .箭头表示电子传递链抑制剂的应用。缩写:olig:寡霉素,FCCP:羰基氰化物-4(三氟甲氧基)苯腙,腐烂/蚂蚁:鱼藤酮/抗霉素A.(每组n=5只雄性小鼠)。
g.年轻(4.5 个月)和年龄(22-23 个月)野生型 (WT) 的基础呼吸和糖酵解(细胞外酸化率或 ECAR)的定量震颤1-/-腹膜 M<λ。双因素方差分析,Tukey多重比较,* P < 0.05,** P < 0.01(OCR,每组n=6只雄性小鼠;ECAR,每组n=5只雄性小鼠)。
h.年轻(4.5 个月)和年龄(24-26 个月)WT 和震颤1-/-腹膜 M<λ。黄色箭头表示线粒体。缩写:M:线粒体;N:细胞核。刻度 = 1 μm。
i. M<λ 线粒体的数量和 (h) 的异常线粒体百分比。使用 Tukey 事后检验的双因素方差分析,** P < 0.01(每组 n = 3-5 只雄性小鼠)。
见图三
REM1 抑制老年巨噬细胞中核糖 5P 的磷酸戊糖途径 (PPP) 生成和嘌呤/嘧啶合成。
图三
a 一个。从年轻 WT (2 个月)、年龄 WT (25 个月) 和 年龄震颤1-/-(25个月)雄性小鼠。TREM1 缺陷的 M<λ 簇与年轻的 WT M<λ。使用 MetaboAnalyst 5.0 对数据进行分析和聚类;每组n=3-5只雄性小鼠。
b.糖酵解、磷酸戊糖途径 (PPP)、TCA 循环以及嘌呤和嘧啶合成的代谢途径图表明,嘌呤和嘧啶合成的前体 5-磷酸核糖 (R5P) 在老年 WT M<λ 中降低,随着 Trem1 缺失恢复到年轻 WT 水平。彩色圆圈表示显著修饰的代谢物的 z 评分倍数变化水平。黄色圆圈表示无显著差异。灰色小圆圈表示未测量的代谢物。
c.转录组学和代谢组学特征的整合表明嘌呤和嘧啶代谢的富集。联合通路分析包括差异调节的代谢物(q < 0.05)和最高调节的DEG(q值<0.05和Log2FC > +/-2)以及每个特征的倍数变化。在年龄之间的比较中没有丰富途径震颤1-/-使用MetaboAnalyst 5.0中的联合通路分析功能分析数据。
d.糖酵解和PPP酶(蓝色)与FPKM定量。方差分析后进行Tukey事后检验,*P < 0.05,**P < 0.01,***P < 0.001(每组 n=3-4 只雄性小鼠)。缩略语:6PGD:6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶;G6PD:葡萄糖-6-磷酸脱氢酶;HK1:己糖激酶-1,PK:丙酮酸激酶;RPI:核糖-5-磷酸异构酶。酶 G6pdx、6Pgd、Rpia、Taldo1 和 Pkm 是已知的 NRF2 靶基因。
e.NRF2 在 CD11b 腹膜 M<λ 中分离的免疫荧光定位从 (4.5 个月) 和老化 (24-26 个月) WT 和+震颤1-/-雄性小鼠。
f.来自(e)的年轻和老年小鼠的M<λ中核NRF2的定量。NRF2 信号强度在 0.5 μm 光学切片的 DAPI 信号模板内计算,并在 z 堆栈中取平均值。使用 ImageJ 处理每个单元格 3-5 张共聚焦图像。通过 2 因素方差分析分析数据,然后进行 Tukey 事后检验。*P < 0.05,(每组 n=3-6 只雄性小鼠)。
见图四
TREM1缺陷保留了5XFAD小鼠的海马功能。
图四
a 一个。来自WT和WT的原代出生后小鼠小胶质细胞的代表性耗氧率(OCR)痕迹震颤1-/-用载体或Aß刺激的小鼠42寡聚物 (100 nM) 20 小时(每个基因型/条件 n=5 个孔)。箭头表示电子传递链抑制剂的应用。缩写:olig:寡霉素,FCCP:羰基氰化物-4(三氟甲氧基)苯腙,腐烂/蚂蚁:鱼藤酮/抗霉素A。
湾。从(a)定量基础呼吸(OCR或耗氧率)和糖酵解(ECAR或细胞外酸化率)。使用 Tukey 事后检验的双因素方差分析,** P < 0.01,*** P < 0.001,**** P < 0.0001(每个基因型/条件 n=5 个孔)。
三.WT与5XFAD小鼠(n = 6-8只雄性和雌性小鼠,13-17个月)中TREM1 +小胶质细胞的百分比
d.在6-7 mo WT、5XFAD和5XFAD上执行新型目标识别(NOR)任务;震颤1+/-小 鼠。使用配对 t 检验评估训练(透明圆圈)和测试(绿色圆圈)辨别指数差异。歧视指数为0.5表示机会偏好。** P < 0.01,*** P < 0.001(每种条件的 n=11-12 只雄性和雌性小鼠)。
e.巴恩斯迷宫中 5XFAD 队列的逃逸延迟。连续的培训日包括 4 次试验。计算每只小鼠的每日平均逃逸潜伏期。使用 2 因素重复测量 (RM) 方差分析和 Tukey 事后检验分析数据。训练与小鼠基因型之间存在显著的交互作用(双向RM方差分析交互F(6,90) = 4.14,P < 0.001)。 ** P < 0.01,**** P < 0.0001(每种条件 n=10-12 只雄性和雌性小鼠)。
f .海马CA1区6E10信号的平均积分密度为9-10 mo 5XFAD和5xFAD;震颤1+/-小鼠(每组n = 5-7只雌性小鼠)。
克。来自海马CA1区域的9-10 mo 5XFAD和5xFAD的ThioS信号(纤维状淀粉样蛋白的标志物)的平均积分密度;震颤1+/-小鼠(每组n=6只雌性小鼠)
h.9-10 mo WT、5XFAD 和 5XFAD 海马裂解物中显着调节的免疫因子的无监督分层聚类(通过单因素方差分析);震颤1+/-小鼠(每组n=5-6只雌性小鼠)。
我。9-10 mo WT、5XFAD和5XFAD海马CA1区IBA1+小胶质细胞和淀粉样蛋白6E10染色的免疫荧光图像;震颤1+/-雌性小鼠和代表性小胶质细胞的 3D 渲染。比例尺为 25μm(顶行)和 10 μm(底行)。
J.从(i)中量化平均小胶质细胞分支长度和最大分支长度。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析。* P < 0.05,** P < 0.01,**** P < 0.0001(每种条件 n=5 只雄性小鼠)。
k。热图描绘了显着调控的 DAM 特征基因的组均值,包括稳态基因 Cx3cr1、P2ry12 和 Tmem119,以及第 1 期和第 2 期基因。完整的DAM特征基因集见补充图6e。从两只 6-7 个月的雄性小鼠(每个基因型 n=3 个样本)合并单个小胶质细胞样本。刻度表示 FPKM 的 z 分数值。
l.在 WT、5XFAD 和 5XFAD 的 X34 阳性斑块处使用抗 BACE1 免疫染色观察神经营养不良;震颤1+/-9-10 个月小鼠;比例尺=10 μm
米。淀粉样斑块周围BACE1%面积的定量,从(l)开始。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析,* P < 0.05,*** P < 0.001(每组 n = 5-6 只雌性小鼠)。
n。WT、5XFAD和5XFAD中血浆免疫因子的定量;震颤1+/-9-10 个月小鼠;使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析,* P < 0.05,*** P < 0.001(每组 n = 5-6 只雌性小鼠)。
见图五
TREM1 缺乏保留了海马空间记忆和脑葡萄糖代谢应用程序瑞小 鼠。
图五
a 一个。年龄(18-21 个月)NOR 任务期间的歧视指数应用程序瑞,应用程序瑞/震颤1+/-和应用程序瑞/震颤1-/-小 鼠;训练与测试的配对 t 检验。**P < 0.01,*** P < 0.001(每组 n=11-17 只雄性和雌性小鼠)。
b 湾。转义延迟应用程序瑞巴恩斯迷宫中的队列。计算每只小鼠的每日平均逃逸潜伏期,并使用 2 向重复测量 (RM) 方差分析和 Tukey 事后检验分析小鼠组。训练与小鼠基因型之间存在显著的交互作用(双向RM方差分析交互F(6,132) = 12.24,P < 0.0001)。 * P < 0.05,*** P < 0.001(每种条件下的雄性和雌性小鼠 n=14-17 只)。
c 三.18-21 个月海马体 6E10 免疫染色阳性区域百分比应用程序瑞和应用程序瑞;震颤1-/-小 鼠。学生的双尾 t 检验(每组 n=5-8 只雄性/雌性小鼠)。
d.18-21 mo APP海马中硫代硫代信号的平均积分密度+瑞和应用程序瑞;震颤1-/-小 鼠。学生的双尾 t 检验,每组 n=5-8 只雄性/雌性小鼠。
e.在WT中20-23个月显着调节海马免疫因子,应用程序瑞,应用程序瑞/震颤1+/-和应用程序瑞/震颤1-/-小 鼠。Tukey事后检验的单因素方差分析,* P < 0.05(n=4-9只雌性小鼠/组)。
f .在WT中20-23mo中显着调节血浆细胞因子,应用程序瑞,应用程序瑞/trem1+/-和应用程序瑞/trem1-/-小 鼠。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析,* P < 0.05,** P < 0.01(n=4-9 只雌性小鼠/组)。
e 克。在 18-24 个月小鼠大脑的分离突触线粒体部分中测量的呼吸控制比率 (RCR)。高 RCR 表明线粒体具有高底物氧化和 ATP 周转能力以及低质子泄漏。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析。** P < 0.01,*** P < 0.001(每种条件 n=5-9 只雄性小鼠)。
h.突触线粒体 OCR (pmol/min) 在 WT 的 18-24 个月内基本计算和状态 III、状态 IVo 和状态 IIIu,应用程序瑞和应用程序瑞;震颤1-/-小 鼠。状态 III 表示最大 ADP 刺激的呼吸,状态 IV 表示添加 ATP 合酶抑制剂寡霉素后恢复到基础呼吸状态。使用 Tukey 事后检验的方差分析。*P < 0.05(每种情况下n=5-9只雄性小鼠)。
我。代表性冠状脑 [1817-19 mo小鼠的F]FDG-PET/CT图像显示脑葡萄糖代谢正常化应用程序瑞/trem1+/-雌性小鼠。SUV:标准化摄取值。在 75-95 分钟采集静态 20 分钟 PET 图像,遵循 [18F]FDG注射液。
J.[18F]FDG-PET信号在海马体和丘脑中。SUV被标准化为个体血糖浓度。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析;* P < 0.01,** P < 0.01,*** P < 0.001(每种条件 n=5-9 只雌性小鼠)。
见图六
TREM1 是一种 AD 风险基因,其表达与病理严重程度的增加呈正相关。
图六
a 一个。可溶性 TREM1 (sTREM1) 和 sTREM2(暴露)血浆水平与阿尔茨海默病风险(结果)之间关系的孟德尔随机化 (MR) 分析。蓝线是估计的 MR 逆方差加权效应,虚线表示 MR 效应的 95% 置信区间。血浆 sTREM1 水平升高与 AD 风险增加相关 (β = +0.0929, [95% CI = 0.019, 0.166] P = 0.013),而血浆 sTREM2 水平升高与 AD 风险降低相关 (β = -0.15 [95% CI = -0.223, -0.077] P = 5.61×10-05).
b 湾。临床病理诊断中额中回中 TREM1 和 TREM2 蛋白的代表性免疫印迹:非痴呆性 Braak I-II、痴呆性非 AD Braak I-II、AD BRAAK III-IV 和 AD Braak V-VI(每组 n=12 个供体)。
c 三.定量 TREM1 和 TREM2 蛋白表达,归一化为 ß-肌动蛋白,并表示为比非痴呆对照的倍数变化。使用 ANCOVA 分析组差异,然后进行 Tukey 的事后测试。年龄和性别作为协变量包括在内。每个点代表一个单独的供体(每组 n=12 个供体)。
d.通过定量免疫印迹测定的淀粉样斑块和神经原纤维缠结 (NFT) 密度与 TREM1(左图)和 TREM2(右图)水平之间的线性回归分析。请注意,TREM2 缺乏显著相关性。根据年龄和性别对模型进行了调整。绘制的是线性回归中最佳拟合线的 95% 置信带。显示了线性模型的标准化回归系数 (ß) 和 P 值。n=43 个供体(淀粉样斑块密度与 TREM1)和 n=41 个供体(NFT 密度与 TREM1)。
e.通过定量免疫印迹法确定的神经原纤维缠结 (NFT) 密度与 TREM1(左图)或 TREM2(右图)水平之间的线性回归分析。请注意 TREM1 和 TREM2 与 NFT 水平的显着相关性。根据年龄和性别对模型进行了调整。绘制的是线性回归中最佳拟合线的 95% 置信带。显示了线性模型的标准化回归系数 (ß) 和 P 值。n=43 个供体(淀粉样斑块密度与 TREM1)和 n=41 个供体(NFT 密度与 TREM1)。
f .TREM1(棕色)和6E10(紫色)的双重免疫染色显示TREM1在对照组和AD上颞叶皮层的小胶质细胞中表达。偶然的小 6E10 淀粉样蛋白沉积物(水平紫色箭头)与对照脑中高度分枝的 TREM1 小胶质细胞(绿色水平箭头)有关;在AD脑中,淀粉样斑块丰富而紧凑,与激活的TREM1小胶质细胞有关(分别为紫色和绿色对角线箭头)。比例尺 = 100 μm。
02
研究结论
我们的研究结果表明,基础 TREM1 信号传导在衰老中具有高度有害的作用,这是由其破坏髓系葡萄糖和核苷酸代谢驱动的。在衰老的大脑中,以及在积累淀粉样蛋白的衰老大脑中,TREM1介导的稳态和年轻生物能量学的破坏促进了具有神经毒性的免疫反应。这些发现为衰老疾病提供了另一种方法,其中髓样细胞可能被重新编程为更健康的代谢表型,提供减缓或阻止AD进展所需的关键疾病修饰作用。
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01
研究背景
人类遗传学表明,晚发性、年龄相关性阿尔茨海默病 (AD) 的发展与髓系反应有缺陷有关。衰老的特征是髓系代谢下降,引发适应不良的神经毒性免疫反应。TREM1 是促炎性髓系反应的放大器,在这里我们发现 Trem1 缺陷可防止髓系代谢、炎症和海马记忆功能的年龄依赖性变化。rem1 缺乏可挽救与年龄相关的核糖-5P 下降,核糖-5P 是一种糖酵解中间体,也是嘌呤、嘧啶和 NAD 生物合成的前体。
在体外,Trem1缺陷的小胶质细胞对淀粉样蛋白-ß诱导的生物能量变化具有抵抗力+42低聚物(Aß42),建议 Aß42刺激通过 TREM1 破坏稳态小胶质细胞代谢和免疫功能。在淀粉样蛋白积累的 5XFAD 模型中,Trem1 单倍体功能不全可防止空间记忆丧失,保留稳态小胶质细胞形态,并减少神经炎营养不良,与淀粉样蛋白积累或疾病相关小胶质细胞转录组特征的变化无关。
在老龄化中应用程序瑞小鼠,Trem1缺陷可恢复突触线粒体功能和脑葡萄糖摄取,并防止海马记忆力下降。在死后人脑中,小胶质细胞 TREM1 表达随着临床和神经病理学严重程度的增加而增加。因此,TREM1介导的外周和大脑髓系代谢破坏促进了衰老和淀粉样蛋白积累的认知能力下降,这是AD发展的两个主要危险因素。
见图一
TREM1 缺乏可防止与年龄相关的炎症和记忆力下降。
图一
a. 在基础条件下,骨髓细胞上的 TREM1 表达较低,但在 PAMP 或 DAMP 的刺激下,TREM1 与先天免疫受体协同作用以放大促炎反应。其功能对应物 TREM2 具有抗炎作用,可促进吞噬作用和细胞存活。
b.年轻(3 个月)和老年(13-17 个月)小鼠中血液、脾脏和脑 CD45CD11b 髓样细胞中 TREM1 表面表达百分比。学生的 t 检验,单尾,* P < 0.05(每组 n=6-8 只雄性和雌性小鼠)。
c.来自年轻(3个月)和年龄(18.5个月)WT和Trem1-/-小鼠的血浆免疫因子的多分析物定量。具有Tukey事后检验的双因素方差分析,* P < 0.05,** P < 0.01(每组 n=3-8 只雄性小鼠)。
d. Ly6C 中抗炎 CD71 和促炎 MHCII 和 CD86 的流式细胞分析你好和 Ly6C瞧腹膜 M<λ,其中 Ly6C瞧和 Ly6C你好M<λ 分别对应于促炎和抗炎 M<λ,来自年轻的 2 个月 WT 和 22-23 个月 WT 和震颤1-/-小 鼠。具有事后 Tukey 多重比较的 2 因素方差分析。* P < 0.05,** P < 0.01,*** P < 0.001,**** P < 0.0001(每组 n=3-5 只雄性小鼠)。
e.在年轻野生型 (2 mo) 和老年 WT (25 mo) 的皮质裂解物中,通过单因素方差分析对显着调节的免疫因子进行无监督分层聚类,以及震颤1-/-(23.5 个月)小鼠。聚类分析分离老化震颤1-/-小鼠与年轻的WT小鼠(每组n = 5-6雄性小鼠)。
f.新对象识别 (NOR) 任务的过程。小鼠首先习惯于测试竞技场。在训练阶段,小鼠被允许自由探索两个相同的物体。在测试阶段,一个对象被替换为一个新对象。
g.年轻WT(5个月),年龄WT(18个月)和年龄Trem1-/-(18个月)小鼠NOR任务的鉴别指数;配对双尾 t 检验(训练与测试),***P < 0.001(n = 每组 6-8 只雄性和雌性小鼠)。
h.巴恩斯迷宫最终训练试验的代表性运动轨迹,显示了 Trem1 缺失的救援效果。逃生孔标有绿色箭头。
i. 在巴恩斯迷宫中逃避延迟。2 向重复测量 (RM) 方差分析显示训练与小鼠基因型之间存在显着的交互作用(双向 RM 方差分析交互作用 F(6,120) = 7.38, P < 0.0001);Tukey的事后检验***P<0.001,****P<0.0001(每组n=13-16只雄性和雌性小鼠)。
见图二
TREM1在衰老过程中在外周巨噬细胞中被激活。
图二
a 一个。年龄(18 - 20 个月)与年轻(3 个月)CD45 的 DEG 的火山图低CD11b 小胶质细胞与 -log+10(P) > 1 FDR 调整和对数2折叠变化> 1.每个年龄 n=3 个流式分类的小胶质细胞样本(一个样本来自 2 只雄性小鼠)。
b.具有-log的老年Trem1-/-与老年WT小胶质细胞的DEGs的火山图10(P) FDR 和对数后> 1.252折叠变化> 1.每个基因型 n=3 个小胶质细胞样本(每个样本从 2 只雄性小鼠合并)。
c.来自年轻WT(2个月),年龄WT(25个月)和年龄Trem1-/-(25个月)小鼠腹膜M<λ的DEGs的无监督分层聚类。老年 Trem1-/- 巨噬细胞转录组特征类似于年轻 WT 巨噬细胞的特征。量表表示 FPKM 的 z 分数值(每组 n=3-4 只雄性小鼠)。
d.细胞因子和趋化因子DEGs的热图(无监督分层聚类)(q < 0.05)。老震颤1-/-小鼠簇拥年轻的WT小鼠。量表表示 FPKM 的 z 分数值(每组 n=3-4 只小鼠)。
e.小鼠 MitoCarta3.0 基因列表中 DEG 的通路富集分析显示老年巨噬细胞中 Trem1 缺失的相互通路调控。比例表示 Log(p) x 倍富集 (FE)。
f.SeaHorse 对年轻 (4.5 个月) 和年龄 (22-23 个月) 野生型 (WT) 的代表性耗氧率 (OCR) 痕迹震颤1-/-腹膜 M<λ .箭头表示电子传递链抑制剂的应用。缩写:olig:寡霉素,FCCP:羰基氰化物-4(三氟甲氧基)苯腙,腐烂/蚂蚁:鱼藤酮/抗霉素A.(每组n=5只雄性小鼠)。
g.年轻(4.5 个月)和年龄(22-23 个月)野生型 (WT) 的基础呼吸和糖酵解(细胞外酸化率或 ECAR)的定量震颤1-/-腹膜 M<λ。双因素方差分析,Tukey多重比较,* P < 0.05,** P < 0.01(OCR,每组n=6只雄性小鼠;ECAR,每组n=5只雄性小鼠)。
h.年轻(4.5 个月)和年龄(24-26 个月)WT 和震颤1-/-腹膜 M<λ。黄色箭头表示线粒体。缩写:M:线粒体;N:细胞核。刻度 = 1 μm。
i. M<λ 线粒体的数量和 (h) 的异常线粒体百分比。使用 Tukey 事后检验的双因素方差分析,** P < 0.01(每组 n = 3-5 只雄性小鼠)。
见图三
REM1 抑制老年巨噬细胞中核糖 5P 的磷酸戊糖途径 (PPP) 生成和嘌呤/嘧啶合成。
图三
a 一个。从年轻 WT (2 个月)、年龄 WT (25 个月) 和 年龄震颤1-/-(25个月)雄性小鼠。TREM1 缺陷的 M<λ 簇与年轻的 WT M<λ。使用 MetaboAnalyst 5.0 对数据进行分析和聚类;每组n=3-5只雄性小鼠。
b.糖酵解、磷酸戊糖途径 (PPP)、TCA 循环以及嘌呤和嘧啶合成的代谢途径图表明,嘌呤和嘧啶合成的前体 5-磷酸核糖 (R5P) 在老年 WT M<λ 中降低,随着 Trem1 缺失恢复到年轻 WT 水平。彩色圆圈表示显著修饰的代谢物的 z 评分倍数变化水平。黄色圆圈表示无显著差异。灰色小圆圈表示未测量的代谢物。
c.转录组学和代谢组学特征的整合表明嘌呤和嘧啶代谢的富集。联合通路分析包括差异调节的代谢物(q < 0.05)和最高调节的DEG(q值<0.05和Log2FC > +/-2)以及每个特征的倍数变化。在年龄之间的比较中没有丰富途径震颤1-/-使用MetaboAnalyst 5.0中的联合通路分析功能分析数据。
d.糖酵解和PPP酶(蓝色)与FPKM定量。方差分析后进行Tukey事后检验,*P < 0.05,**P < 0.01,***P < 0.001(每组 n=3-4 只雄性小鼠)。缩略语:6PGD:6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶;G6PD:葡萄糖-6-磷酸脱氢酶;HK1:己糖激酶-1,PK:丙酮酸激酶;RPI:核糖-5-磷酸异构酶。酶 G6pdx、6Pgd、Rpia、Taldo1 和 Pkm 是已知的 NRF2 靶基因。
e.NRF2 在 CD11b 腹膜 M<λ 中分离的免疫荧光定位从 (4.5 个月) 和老化 (24-26 个月) WT 和+震颤1-/-雄性小鼠。
f.来自(e)的年轻和老年小鼠的M<λ中核NRF2的定量。NRF2 信号强度在 0.5 μm 光学切片的 DAPI 信号模板内计算,并在 z 堆栈中取平均值。使用 ImageJ 处理每个单元格 3-5 张共聚焦图像。通过 2 因素方差分析分析数据,然后进行 Tukey 事后检验。*P < 0.05,(每组 n=3-6 只雄性小鼠)。
见图四
TREM1缺陷保留了5XFAD小鼠的海马功能。
图四
a 一个。来自WT和WT的原代出生后小鼠小胶质细胞的代表性耗氧率(OCR)痕迹震颤1-/-用载体或Aß刺激的小鼠42寡聚物 (100 nM) 20 小时(每个基因型/条件 n=5 个孔)。箭头表示电子传递链抑制剂的应用。缩写:olig:寡霉素,FCCP:羰基氰化物-4(三氟甲氧基)苯腙,腐烂/蚂蚁:鱼藤酮/抗霉素A。
湾。从(a)定量基础呼吸(OCR或耗氧率)和糖酵解(ECAR或细胞外酸化率)。使用 Tukey 事后检验的双因素方差分析,** P < 0.01,*** P < 0.001,**** P < 0.0001(每个基因型/条件 n=5 个孔)。
三.WT与5XFAD小鼠(n = 6-8只雄性和雌性小鼠,13-17个月)中TREM1 +小胶质细胞的百分比
d.在6-7 mo WT、5XFAD和5XFAD上执行新型目标识别(NOR)任务;震颤1+/-小 鼠。使用配对 t 检验评估训练(透明圆圈)和测试(绿色圆圈)辨别指数差异。歧视指数为0.5表示机会偏好。** P < 0.01,*** P < 0.001(每种条件的 n=11-12 只雄性和雌性小鼠)。
e.巴恩斯迷宫中 5XFAD 队列的逃逸延迟。连续的培训日包括 4 次试验。计算每只小鼠的每日平均逃逸潜伏期。使用 2 因素重复测量 (RM) 方差分析和 Tukey 事后检验分析数据。训练与小鼠基因型之间存在显著的交互作用(双向RM方差分析交互F(6,90) = 4.14,P < 0.001)。 ** P < 0.01,**** P < 0.0001(每种条件 n=10-12 只雄性和雌性小鼠)。
f .海马CA1区6E10信号的平均积分密度为9-10 mo 5XFAD和5xFAD;震颤1+/-小鼠(每组n = 5-7只雌性小鼠)。
克。来自海马CA1区域的9-10 mo 5XFAD和5xFAD的ThioS信号(纤维状淀粉样蛋白的标志物)的平均积分密度;震颤1+/-小鼠(每组n=6只雌性小鼠)
h.9-10 mo WT、5XFAD 和 5XFAD 海马裂解物中显着调节的免疫因子的无监督分层聚类(通过单因素方差分析);震颤1+/-小鼠(每组n=5-6只雌性小鼠)。
我。9-10 mo WT、5XFAD和5XFAD海马CA1区IBA1+小胶质细胞和淀粉样蛋白6E10染色的免疫荧光图像;震颤1+/-雌性小鼠和代表性小胶质细胞的 3D 渲染。比例尺为 25μm(顶行)和 10 μm(底行)。
J.从(i)中量化平均小胶质细胞分支长度和最大分支长度。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析。* P < 0.05,** P < 0.01,**** P < 0.0001(每种条件 n=5 只雄性小鼠)。
k。热图描绘了显着调控的 DAM 特征基因的组均值,包括稳态基因 Cx3cr1、P2ry12 和 Tmem119,以及第 1 期和第 2 期基因。完整的DAM特征基因集见补充图6e。从两只 6-7 个月的雄性小鼠(每个基因型 n=3 个样本)合并单个小胶质细胞样本。刻度表示 FPKM 的 z 分数值。
l.在 WT、5XFAD 和 5XFAD 的 X34 阳性斑块处使用抗 BACE1 免疫染色观察神经营养不良;震颤1+/-9-10 个月小鼠;比例尺=10 μm
米。淀粉样斑块周围BACE1%面积的定量,从(l)开始。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析,* P < 0.05,*** P < 0.001(每组 n = 5-6 只雌性小鼠)。
n。WT、5XFAD和5XFAD中血浆免疫因子的定量;震颤1+/-9-10 个月小鼠;使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析,* P < 0.05,*** P < 0.001(每组 n = 5-6 只雌性小鼠)。
见图五
TREM1 缺乏保留了海马空间记忆和脑葡萄糖代谢应用程序瑞小 鼠。
图五
a 一个。年龄(18-21 个月)NOR 任务期间的歧视指数应用程序瑞,应用程序瑞/震颤1+/-和应用程序瑞/震颤1-/-小 鼠;训练与测试的配对 t 检验。**P < 0.01,*** P < 0.001(每组 n=11-17 只雄性和雌性小鼠)。
b 湾。转义延迟应用程序瑞巴恩斯迷宫中的队列。计算每只小鼠的每日平均逃逸潜伏期,并使用 2 向重复测量 (RM) 方差分析和 Tukey 事后检验分析小鼠组。训练与小鼠基因型之间存在显著的交互作用(双向RM方差分析交互F(6,132) = 12.24,P < 0.0001)。 * P < 0.05,*** P < 0.001(每种条件下的雄性和雌性小鼠 n=14-17 只)。
c 三.18-21 个月海马体 6E10 免疫染色阳性区域百分比应用程序瑞和应用程序瑞;震颤1-/-小 鼠。学生的双尾 t 检验(每组 n=5-8 只雄性/雌性小鼠)。
d.18-21 mo APP海马中硫代硫代信号的平均积分密度+瑞和应用程序瑞;震颤1-/-小 鼠。学生的双尾 t 检验,每组 n=5-8 只雄性/雌性小鼠。
e.在WT中20-23个月显着调节海马免疫因子,应用程序瑞,应用程序瑞/震颤1+/-和应用程序瑞/震颤1-/-小 鼠。Tukey事后检验的单因素方差分析,* P < 0.05(n=4-9只雌性小鼠/组)。
f .在WT中20-23mo中显着调节血浆细胞因子,应用程序瑞,应用程序瑞/trem1+/-和应用程序瑞/trem1-/-小 鼠。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析,* P < 0.05,** P < 0.01(n=4-9 只雌性小鼠/组)。
e 克。在 18-24 个月小鼠大脑的分离突触线粒体部分中测量的呼吸控制比率 (RCR)。高 RCR 表明线粒体具有高底物氧化和 ATP 周转能力以及低质子泄漏。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析。** P < 0.01,*** P < 0.001(每种条件 n=5-9 只雄性小鼠)。
h.突触线粒体 OCR (pmol/min) 在 WT 的 18-24 个月内基本计算和状态 III、状态 IVo 和状态 IIIu,应用程序瑞和应用程序瑞;震颤1-/-小 鼠。状态 III 表示最大 ADP 刺激的呼吸,状态 IV 表示添加 ATP 合酶抑制剂寡霉素后恢复到基础呼吸状态。使用 Tukey 事后检验的方差分析。*P < 0.05(每种情况下n=5-9只雄性小鼠)。
我。代表性冠状脑 [1817-19 mo小鼠的F]FDG-PET/CT图像显示脑葡萄糖代谢正常化应用程序瑞/trem1+/-雌性小鼠。SUV:标准化摄取值。在 75-95 分钟采集静态 20 分钟 PET 图像,遵循 [18F]FDG注射液。
J.[18F]FDG-PET信号在海马体和丘脑中。SUV被标准化为个体血糖浓度。使用 Tukey 事后检验的单因素方差分析;* P < 0.01,** P < 0.01,*** P < 0.001(每种条件 n=5-9 只雌性小鼠)。
见图六
TREM1 是一种 AD 风险基因,其表达与病理严重程度的增加呈正相关。
图六
a 一个。可溶性 TREM1 (sTREM1) 和 sTREM2(暴露)血浆水平与阿尔茨海默病风险(结果)之间关系的孟德尔随机化 (MR) 分析。蓝线是估计的 MR 逆方差加权效应,虚线表示 MR 效应的 95% 置信区间。血浆 sTREM1 水平升高与 AD 风险增加相关 (β = +0.0929, [95% CI = 0.019, 0.166] P = 0.013),而血浆 sTREM2 水平升高与 AD 风险降低相关 (β = -0.15 [95% CI = -0.223, -0.077] P = 5.61×10-05).
b 湾。临床病理诊断中额中回中 TREM1 和 TREM2 蛋白的代表性免疫印迹:非痴呆性 Braak I-II、痴呆性非 AD Braak I-II、AD BRAAK III-IV 和 AD Braak V-VI(每组 n=12 个供体)。
c 三.定量 TREM1 和 TREM2 蛋白表达,归一化为 ß-肌动蛋白,并表示为比非痴呆对照的倍数变化。使用 ANCOVA 分析组差异,然后进行 Tukey 的事后测试。年龄和性别作为协变量包括在内。每个点代表一个单独的供体(每组 n=12 个供体)。
d.通过定量免疫印迹测定的淀粉样斑块和神经原纤维缠结 (NFT) 密度与 TREM1(左图)和 TREM2(右图)水平之间的线性回归分析。请注意,TREM2 缺乏显著相关性。根据年龄和性别对模型进行了调整。绘制的是线性回归中最佳拟合线的 95% 置信带。显示了线性模型的标准化回归系数 (ß) 和 P 值。n=43 个供体(淀粉样斑块密度与 TREM1)和 n=41 个供体(NFT 密度与 TREM1)。
e.通过定量免疫印迹法确定的神经原纤维缠结 (NFT) 密度与 TREM1(左图)或 TREM2(右图)水平之间的线性回归分析。请注意 TREM1 和 TREM2 与 NFT 水平的显着相关性。根据年龄和性别对模型进行了调整。绘制的是线性回归中最佳拟合线的 95% 置信带。显示了线性模型的标准化回归系数 (ß) 和 P 值。n=43 个供体(淀粉样斑块密度与 TREM1)和 n=41 个供体(NFT 密度与 TREM1)。
f .TREM1(棕色)和6E10(紫色)的双重免疫染色显示TREM1在对照组和AD上颞叶皮层的小胶质细胞中表达。偶然的小 6E10 淀粉样蛋白沉积物(水平紫色箭头)与对照脑中高度分枝的 TREM1 小胶质细胞(绿色水平箭头)有关;在AD脑中,淀粉样斑块丰富而紧凑,与激活的TREM1小胶质细胞有关(分别为紫色和绿色对角线箭头)。比例尺 = 100 μm。
02
研究结论
我们的研究结果表明,基础 TREM1 信号传导在衰老中具有高度有害的作用,这是由其破坏髓系葡萄糖和核苷酸代谢驱动的。在衰老的大脑中,以及在积累淀粉样蛋白的衰老大脑中,TREM1介导的稳态和年轻生物能量学的破坏促进了具有神经毒性的免疫反应。这些发现为衰老疾病提供了另一种方法,其中髓样细胞可能被重新编程为更健康的代谢表型,提供减缓或阻止AD进展所需的关键疾病修饰作用。
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