阿茲海默氏症（Alzheimer’s disease，AD）是造成老年人失智症最常見的原因。目前有超過5500萬的人罹患失智症，而這個數字會以每年1000萬起新病例的速度增加。
阿茲海默氏症的神經退化性病徵主要為大腦中堆積的澱粉樣斑塊（amyloid plaques，主要由過度堆積的amyloid β蛋白構成）與神經纖維糾結（neurofibrillary tangles，由過度磷酸化的 Tau 蛋白組成）。除了少數家族遺傳性的 AD 以外，約有 95% 的病患為偶發型的 AD。隨著 AD 的病程演進，微小膠細胞（Microglia，為大腦中最主要的免疫細胞）會大量增生，並聚集在大腦的澱粉樣斑塊與神經纖維糾結周圍。這些異常增生的微小膠細胞會進一步促進大腦中的免疫反應。近年來得力於遺傳統計學的幫助，微小膠細胞所調控的免疫反應被發現對於 AD 的病程發展有很大的影響。研究這些調控大腦免疫反應的基因提供了多 AD 藥物治療的新目標與方向，成為了目前攻克此疾病的重要策略之一。
近日，一篇發表於 Immunity 的研究詳細介紹了 Phospholipase C gamma 2 （PLCG2）基因在調節微小膠細胞功能與 AD 病程間的角色 [1]。先前的研究中指出，PLCG2 的遺傳變異會降低罹患 AD 的機率（P522R，rs72824905；C>G）[2]。同時，PLCG2P522R被發現和長壽有關 [3]，這被認為可能與 P522R 變異所增加的 PLCG2 酵素活性有關 [4]。本篇研究發現了另一個與增加致病機率有關的遺傳變異位點（M28L，rs61749044；A>T）。然而，目前關於PLCG2 如何調節 AD 的病程發展仍有許多未知的謎團。
該研究結果發現，相較於野生型的老鼠（Wildtype, WT），PLCG2M28L老鼠的大腦中有較多的澱粉樣斑塊產生，同時，PLCG2P522R 老鼠大腦中的斑塊則較少 （圖一）。
圖一、PLCG2遺傳變異會調控不同型態的澱粉樣斑塊在大腦中的含量。6E10（白色，瀰漫性斑塊）與X34（藍色，核心型斑塊）為不同型態的澱粉樣斑塊標識。5xFAD 基因轉殖小鼠過度表現突變型人類澱粉樣蛋白的前驅蛋白（APP）以及突變型人類早老素1 ( PS1）。圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.08.008
接著，研究團隊分析了不同老鼠間，大腦內微小膠細胞的功能型態與活化情形（圖二）。結果顯示，PLCG2P522R小鼠的微小膠細胞會大量聚集並包圍在大腦的澱粉樣斑塊周圍，並進一步促進與微小膠細胞有關的免疫反應。然而，PLCG2M28L 的微小膠細胞較不會聚集於斑塊周圍，這些失去正常功能的微小膠細胞被發現具有較差的免疫反應與功能。
圖二、PLCG2遺傳變異會調控微小膠細胞對澱粉樣斑塊的聚集情形。微小膠細胞（IBA1，綠色）聚集於澱粉樣斑塊（X34，藍色）的周圍。左：5xFAD小鼠 中：5xFADM28L小鼠；右：5xFADP522R小鼠。圖片來源：原始論文作者蔡伯宜提供。
有趣的是，即使 PLCG2M28L 的小鼠大腦中含有較多的澱粉樣斑塊，該基因變異並不會進一步惡化小鼠的認知行為功能與長期增強作用（Long-term potentiation, LTP）。 （圖三）。而分析 PLCG2P522R 的小鼠行為測試可得知，這個基因變異會顯著性地改善小鼠的認知功能，並增加小鼠大腦中神經元的長期增強作用。
圖三、PLCG2遺傳變異會改變小鼠的認知功能與神經元的長期增強作用。Y字迷宮（Y-maze，左圖）為測量動物認知與學習功能的行為測試，其中自主交替（Spontaneous alternation）的高低可視為動物空間性記憶功能的指標。神經元的長期增強作用（Long-term potentiation，B右圖）被認為與動物的記憶形成有關，較高的LTP代表動物有較好的記憶功能。圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.08.008
最後，藉由單細胞核 RNA定序（Single-nucleus RNA-sequencing, snRNA-seq）的輔助，研究團隊發現數個微小膠細胞的群集 （圖四）。其中包括有穩定態（Homeostatic）、過渡態（Transitioning）、IFN反應型（IFN-responsive）、與活化態（Active）的微小膠細胞。結果顯示，PLCG2M28L的微小膠細胞較多處於過渡態及IFN反應型之間，活化態的微小膠細胞則較少 。同時，PLCG2P522R 的微小膠細胞多處於活化態，而穩定態的微小膠細胞則顯著性的下降。
圖四、PLCG2遺傳變異會改變微小膠細胞的功能。單細胞核RNA定序（Single-nucleus RNA-sequencing）會藉由分析單顆細胞核內的基因表現量，從而對個別細胞核進行分類。相近細胞核所組成的群集代表它們具有相似的細胞功能。圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.08.008
總結來說，此篇研究探討了PLCG2上不同遺傳變異對微小膠細胞功能，與澱粉樣斑塊病理發展的影響。未來的研究方向可以朝向調控 PLCG2 的酵素活性發展，可望能進而減緩，甚至停止AD病患的認知功能下降，為未來AD的治療研究提供了一盞新的明燈。
Main Article:
Tsai, A.P., Dong, C., Lin, P.B., Oblak, A.L., Viana Di Prisco, G., Wang, N., Hajicek, N., Carr, A.J., Lendy, E.K., Hahn, O., Atkins, M., Foltz, A.G., Patel, J., Xu, G., Moutinho, M., Sondek, J., Zhang, Q., Mesecar, A.D., Liu, Y., Atwood, B.K., Wyss-Coray, T., Nho, K., Bissel, S.J., Lamb, B.T., & Landreth, G.E. (2023) Genetic variants of phospholipase C-γ2 alter the phenotype and function of microglia and confer differential risk for Alzheimer’s disease. Immunity. 56(9):2121-2136.e6. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.08.008
參考文獻：
[1] Tsai, A. P., Dong, C., Lin, P. B., Oblak, A. L., Viana Di Prisco, G., Wang, N., Hajicek, N., Carr, A. J., Lendy, E. K., Hahn, O., Atkins, M., Foltz, A. G., Patel, J., Xu, G., Moutinho, M., Sondek, J., Zhang, Q., Mesecar, A. D., Liu, Y., Atwood, B. K., … Landreth, G. E. (2023). Genetic variants of phospholipase C-γ2 alter the phenotype and function of microglia and confer differential risk for Alzheimer’s disease. Immunity, 56(9), 2121–2136.e6. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.08.008
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關鍵字：阿茲海默症、微小膠細胞、PLCG2
撰文｜林伯謙
審稿｜蔡伯宜、劉姿婷
