阿尔茨海默病遗传变异在小胶质细胞中的功能特征研究学术报告

一、研究团队与发表信息
本研究由美国加州大学旧金山分校（UCSF）的Yin Shen、北卡罗来纳大学的Yun Li等团队合作完成，发表于Nature Genetics 2023年10月刊（Volume 55, Pages 1735–1744）。研究通过整合多组学数据与基因编辑技术，系统性解析了阿尔茨海默病（AD）风险变异在小胶质细胞中的调控机制。

二、学术背景与研究目标
AD的遗传机制复杂，全基因组关联研究（GWAS）已鉴定大量非编码风险变异，但其功能机制尚不明确。小胶质细胞（microglia）作为中枢神经系统的免疫细胞，其候选顺式调控元件（cCREs）在AD遗传力中富集显著，提示变异可能通过调控小胶质细胞功能参与AD病理。然而，这些变异如何影响靶基因表达及下游表型仍缺乏实验验证。本研究旨在：
1. 通过小胶质细胞特异性三维表观基因组注释（3D epigenome）优先筛选AD风险变异；
2. 结合单细胞CRISPRi筛选（CRISPR interference）和等位基因失衡分析（allelic imbalance）验证变异功能；
3. 解析关键变异（如rs7922621）对TSPAN14-ADAM10-TREM2通路的调控机制。

三、研究流程与方法
1. 小胶质细胞模型构建与刺激
- 使用人诱导多能干细胞（iPSC）分化为小胶质细胞样细胞（microglia-like cells），通过免疫荧光（Iba-1/TMEM119标记）和吞噬功能实验验证其生理特性。
- 模拟病毒感染状态，用干扰素-β（IFNβ）刺激细胞，通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析转录组变化，发现72个小胶质细胞特异性IFNβ响应基因（如MS4A6A），富集于神经元死亡和细胞因子信号通路。

1. 三维表观基因组动态分析

   • 通过ATAC-seq和启动子捕获Hi-C（pCHi-C）绘制染色质开放性与互作图谱，发现IFNβ刺激后：
     
     • 1,152个远端区域染色质可及性增强（如STAT1/IRF1转录因子结合位点）；
       
     • 3,018个染色质互作差异区域（DCGs），其中MS4A6A位点的远端cCRE与启动子互作增强，且该区域含AD风险变异rs636317。
       

2. AD风险变异的精细定位与功能验证

   • 基于GWAS数据（37个AD风险位点），整合小胶质细胞染色质互作信息，通过PAINTOR和fgwas算法优先筛选308个新风险变异，关联181个cCREs和158个靶基因（如INPP5D、TREM2）。
     
   • 单细胞CRISPRi筛选：设计16条gRNA靶向8个cCREs，通过HYPR-seq（靶向单细胞RNA测序）检测基因表达变化。结果显示：
     
     • INPP5D位点的cCRE可同时调控INPP5D、ATG16L1、GIGYF2和EIF4E2；
       
     • TREM2的启动子与远端增强子（region 1）协同调控其表达。
       

3. 等位基因特异性效应与基因编辑

   • 利用单倍型分辨的WTC11和H1细胞系，发现rs7922621风险等位基因（A）导致TSPAN14表达降低（p=0.04），且染色质可及性下降。
     
   • Prime Editing：将rs7922621风险等位基因（A/C）编辑为非风险型（C/C），恢复TSPAN14表达，并增加细胞膜ADAM10水平和可溶性TREM2（sTREM2）分泌，证实其通过TSPAN14-ADAM10通路影响AD病理。
     

四、主要研究结果
1. 染色质动态与AD风险基因关联
- IFNβ刺激后，MS4A6A位点的cCRE可及性与启动子互作增强，其表达上调3.1倍，提示AD变异可能通过免疫响应通路发挥作用。
2. 多基因协同调控
- 单个cCRE可调控多个基因（如INPP5D位点），表明AD风险位点可能通过多靶点协同致病。
3. rs7922621的功能机制
- 该变异通过降低TSPAN14表达，减少ADAM10膜定位，从而抑制TREM2剪切和sTREM2释放，最终增加AD风险。

五、研究结论与价值
1. 科学价值：首次系统性整合三维表观基因组与功能基因组学，揭示AD非编码变异在小胶质细胞中的调控网络，为AD遗传机制提供新见解。
2. 应用价值：
- rs7922621-TSPAN14-ADAM10轴可作为AD治疗的潜在靶点；
- 研究框架（CRISPRi+单细胞测序+Prime Editing）适用于其他复杂疾病的变异功能解析。

六、研究亮点
1. 方法创新：开发了基于HYPR-seq的高通量单细胞CRISPRi筛选技术，实现多基因同步检测；
2. 发现新颖性：揭示AD变异通过“一因多效”调控多基因表达，挑战了“最近邻基因”传统假设；
3. 临床相关性：明确rs7922621的病理机制，为AD精准治疗提供实验依据。

七、其他价值
研究还发现小胶质细胞特异性IFNβ响应基因与疾病相关小胶质细胞（DAM）特征高度重叠，提示病毒感染可能通过免疫激活途径参与AD发生。