该研究由Qian Shi、Cheng Chang、Afaf Saliba和Manzoor A. Bhat共同完成，作者团队来自美国德克萨斯大学健康科学中心圣安东尼奥分校（University of Texas Health Science Center, San Antonio）的细胞与整合生理学系。研究成果发表于2022年7月的《The Journal of Neuroscience》期刊，标题为《Microglial mTOR Activation Upregulates TREM2 and Enhances β-Amyloid Plaque Clearance in the 5XFAD Alzheimer’s Disease Model》。
学术背景
阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）的主要病理特征包括β-淀粉样蛋白（β-amyloid, Aβ）斑块沉积和tau蛋白神经纤维缠结。近年全基因组关联研究（GWAS）发现，AD风险基因多与小胶质细胞（microglia）的免疫反应和吞噬功能相关，其中TREM2（Triggering Receptor Expressed on Myeloid Cells 2）是调控小胶质细胞活性的关键受体。然而，mTOR（mechanistic Target of Rapamycin）信号通路在小胶质细胞中的作用及其与AD的关联尚不明确。本研究旨在揭示mTOR-TREM2轴如何通过调节小胶质细胞的溶酶体功能和吞噬活性影响Aβ清除，为AD治疗提供新靶点。
研究流程
动物模型构建
- 使用5XFAD转基因小鼠（AD模型）与条件性敲除小鼠（Tsc1flox/flox; Cx3cr1-cre、Trem2flox/flox等）杂交，通过他莫昔芬诱导小胶质细胞特异性敲除Tsc1或Trem2。
- 实验组包括：野生型对照、Tsc1敲除（Tsc1iko）、Trem2敲除（Trem2iko）、双敲除（Dualiko）及5XFAD背景下的各基因型组合（如5XFAD;Tsc1iko）。
分子与形态学分析
- mTOR信号检测：通过免疫印迹（Western blot）分析p-S6K、p-4EBP1等下游效应蛋白，验证Tsc1敲除后mTOR通路的激活。
- 小胶质细胞表型：免疫荧光染色（Iba1、F4/80、TREM2）结合共聚焦显微镜观察细胞形态、增殖及活化状态；通过骨架分析软件（ImageJ）量化细胞分支长度和体积。
- 转录组测序（RNA-seq）：对比Tsc1iko与对照组小鼠脑组织的差异表达基因（DEGs），发现补体通路（C1qa/b/c）和溶酶体相关基因（如CD68、LAMP1）显著上调。
Aβ病理评估
- 斑块负荷分析：采用抗Aβ抗体和荧光染料Methoxy-X04标记斑块，量化皮层和海马区斑块数量、大小及形态（惰性、致密或纤维状）。
- ELISA检测：测定脑组织内可溶性与不溶性Aβ42水平。
体外功能实验
- 溶酶体活性：原代培养小胶质细胞，使用LysoTracker Green DND-26标记溶酶体，实时监测荧光强度。
- Aβ吞噬与降解：FAM标记的Aβ孵育后，通过时间梯度（0-2小时）观察摄取与清除效率；氯喹（CQ）抑制溶酶体功能验证降解途径。
雷帕霉素干预
- 在5XFAD;Tsc1iko小鼠中，分阶段（1-3个月）喂食含雷帕霉素（Rapamycin）的饲料，评估mTOR抑制对TREM2表达、Aβ清除及认知功能的影响。
行为学测试
- Morris水迷宫：评估空间学习与记忆能力，记录逃避潜伏期、目标象限停留时间等参数。
主要结果
mTOR激活上调TREM2并增强小胶质细胞活化
- Tsc1敲除导致mTOR信号持续激活，伴随TREM2蛋白水平升高4倍（免疫印迹与免疫荧光验证）。双敲除（Dualiko）小鼠中，TREM2缺失逆转了mTOR激活的促吞噬表型。
- RNA-seq显示，Tsc1iko小鼠补体通路和溶酶体基因显著富集，但促炎因子（如IL-1β、IL-6）未增加，提示mTOR激活诱导了独特的“促清除”而非“促炎”表型。
Aβ清除效率提升
- 5XFAD;Tsc1iko小鼠的Aβ斑块负荷减少50%（P<0.001），且小斑块（<10μm）比例增加，大斑块（>40μm）减少。ELISA显示不溶性Aβ42水平显著降低。
- 体外实验中，Tsc1敲除小胶质细胞的Aβ摄取速率提高2倍，溶酶体抑制剂CQ可阻断这一效应，证实降解依赖溶酶体途径。
认知功能改善
- 5XFAD;Tsc1iko小鼠的海马神经元树突棘密度恢复至野生型水平，Morris水迷宫测试显示空间记忆显著改善（目标象限停留时间增加，P<0.01）。
雷帕霉素的负面效应
- 长期雷帕霉素治疗抑制mTOR信号，导致TREM2下调、Aβ斑块沉积增加，且认知功能恶化，提示mTOR抑制可能加剧AD病理。
结论与意义
本研究首次阐明mTOR-TREM2轴通过调控小胶质细胞的溶酶体生物发生和吞噬功能促进Aβ清除，为AD治疗提供了新策略：靶向激活小胶质细胞的mTOR信号或可延缓疾病进展。此外，研究警示临床使用雷帕霉素（一种mTOR抑制剂）可能加重AD患者的Aβ沉积。
亮点与创新
- 机制创新：揭示mTOR-TREM2的上下游关系，明确TREM2是mTOR调控Aβ清除的关键效应分子。
- 技术整合：结合条件性基因敲除、活细胞成像、多组学分析和长期行为追踪，全面解析小胶质细胞功能。
- 转化价值：提出“选择性激活mTOR”而非广泛免疫抑制的治疗思路，为AD药物开发提供精准靶点。
其他价值
研究还发现，mTOR激活的小胶质细胞虽呈现活化形态（胞体增大、分支减少），但未引发典型神经炎症，这一“有益活化”模式可能避免传统免疫疗法的副作用。