《自然》子刊：分析了4万人基因数据，科学家发现延缓阿尔兹海默病发生的重要基因！ | 科学大发现

上周，由华盛顿大学Kuan-lin Huang博士和西奈山伊坎医学院Edoardo Marcora博士领衔的一项关于阿尔兹海默病（Alzheimer's disease，AD）的重磅研究刊登在了著名期刊《自然神经学》上[1]。

Huang博士和Marcora博士从基因组层面，给4万多人做了生存分析（survival analysis，一种研究个体存活概率与时间之间的关系的分析方法），发现一个叫做PU.1 蛋白的低表达，竟然可以延缓AD的发病时间。

这就厉害了！

要知道，仅在1998到2015年之间，各大药企共推出了123种治疗AD的药物[2]，其中仅有三种药物加一种联合治疗方案先后获得FDA的上市批准。然而，无一例外的是，这123种药物没有一种能够治愈AD，甚至连延缓疾病进程都做不到。即使是获得FDA批准的治疗方案，也仅起到缓解部分症状的作用。（详见老年痴呆症特效药终于要出现了！真是一部科学和资本的血泪传奇 | 奇点实力派）

波士顿布列根和妇女医院的Oleg Butovsky教授对这项研究给予了高度的评价：“这项研究的最大兴奋之处在于，PU.1可以调节与AD有关的多种基因！”[3]

目前，科学家们已经通过全基因组关联研究（GWAS），确定了多个与AD风险相关的基因座[4,5]。其中有一些基因与AD的发病年龄有关，如载脂蛋白E（ApoE）基因。但是，由于他们采用的都是AD患者的基因组数据，对于大多数基因座，科学家们还不知道哪种基因会增加或降低AD的风险，这些基因与AD发病之间的确切关系还有待研究。

为了回答这些问题，研究人员从国际阿尔茨海默病基因项目组（IGAP）联盟中，获得了14406份AD基因组数据和25849份无病对照基因组数据，分析了800多万个单核苷酸多态性（SNPs，基因组DNA序列中由于单个核苷酸的突变而引起的多态性）。

他们试图找出这些SNPs与AD发病年龄之间的任何关联。之所以要测试这么多无病对照基因组数据，研究人员是希望能够找到AD的保护性基因，因为无病的人群中相关的保护性基因可能会增加。

功夫不负有心人，他们找到了22个与AD相关的基因座，包括8个已有报道的AD风险相关基因座、14个新发现的与AD发病年龄相关的基因座。

22个与AD相关的基因座，包括已有报道的8个和新发现的14个

为了进一步验证这22个基因座与AD发病年龄之间的关系，研究人员把这22个基因座与脑脊液中β-淀粉样蛋白、tau蛋白的相关性进行比较。他们发现了有趣的现象：除了靠近ApoE基因的SNP与β-淀粉样蛋白、tau蛋白相关性较高外，另外的21个基因座中，只有位于SPI1基因座的SNP（rs1057233）与β-淀粉样蛋白有显著的相关性。

在先前的研究中，科学家们已经证实SPI1 的功能是编码一种调节蛋白PU.1，PU.1与骨髓细胞增殖与分化相关[6,7]。这不禁让研究人员陷入了沉思，AD这种发生在大脑中的疾病，跟骨髓细胞能有什么关系呢？

本文的通讯作者，来自西奈山伊坎医学院的Alison Goate教授指出，已经有研究表明骨髓细胞的一员，单核细胞（可以分化成巨噬细胞，而脑部的巨噬细胞有一个特殊的名字，叫小胶质细胞）有很多AD风险相关基因的表达[8]。因此，或许可以把眼光放宽一些，除了脑细胞，还应该从别的细胞中找到与AD风险相关的基因表达差异。

Alison Goate教授

姜果然是老的辣！研究人员分析了220个细胞类型中AD风险相关基因的表达差异。结果令人瞠目结舌：与其他细胞相比，AD风险相关基因主要在骨髓细胞中表达！

那么在骨髓细胞中，rs1057233与其他基因表达之间又有怎样的关系呢？研究人员采用两种骨髓细胞——单核细胞和巨噬细胞，共计1331个样本，进行了深度分析。他们发现：rs1057233与单核细胞和巨噬细胞中SPI1的表达下调有关，并且与另外3个AD年龄相关基因座的表达变化也有相关性。

于是，研究人员专门对SPI1基因座进行了深度分析。他们搜索了AD相关基因中PU.1蛋白的结合位点，结果令人难以置信：在脑部的巨噬细胞，即小胶质细胞中，有75个AD相关基因的表达，其中有60个基因包含了PU.1蛋白的结合位点！这就意味着这些基因的表达是受PU.1蛋白调节的。更重要的是，一些与AD年龄相关的基因座也包含PU.1蛋白的结合位点！

为了证实这一猜想，研究人员降低了小胶质细胞中PU.1蛋白的表达量，观察小胶质细胞的变化，测定与其功能相关的基因表达变化，并且测定了小胶质细胞中与AD发病相关的基因表达量。结果发现：小胶质细胞的吞噬功能减弱了，与其吞噬功能相关的基因表达下调了。更重要的是，与AD发病年龄相关的基因表达也下调了！这就意味着降低PU.1蛋白的含量，能延缓AD的发生。

如此看来，PU.1蛋白真的能够调控许多AD相关基因的表达，这让研究人员兴奋不已。虽然PU.1蛋白调控的基因太多，本身不能成为治疗AD的靶点，但是继续研究它在小胶质细胞和AD发病机制中的作用，顺藤摸瓜，就很有希望在它调控的下游基因中找到AD治疗的关键靶点！

接下来的工作中，Goate教授将利用AD小鼠模型，通过基因改造，让小鼠体内的小胶质细胞中的SPI1基因表达减少，并测定它对炎症、损伤反应和淀粉样蛋白沉积的影响。她还将分析PU.1蛋白对全基因表达的影响。相信，后续的研究将会给AD的防治带来更多惊喜！期待未来的某一天，AD的预防和治愈成为现实！

参考资料：

[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.